Standartinis modelis. Koks kvailas vardas tiksliausiai žmonijai žinomai mokslinei teorijai. Daugiau nei ketvirtadalis praėjusio amžiaus Nobelio fizikos premijų buvo įteikti už darbus, tiesiogiai ar netiesiogiai susijusius su standartiniu modeliu. Jos vardas, be abejo, yra toks, jei už porą šimtų rublių galite nusipirkti pagerinimą. Bet kuris teorinis fizikas norėtų „nuostabios beveik visko teorijos“, kokia ji yra iš tikrųjų.
Daugelis prisimena mokslininkų ir žiniasklaidos jaudulį dėl Higso bozono atradimo 2012 m. Tačiau jo atradimas nebuvo staigmena ir neišėjo iš niekur - jis pažymėjo 50-metį, kai buvo laimėtas standartinis modelis. Tai apima visas pagrindines jėgas, išskyrus sunkumą. Bet koks bandymas tai paneigti ir laboratorijoje įrodyti, kad jį reikėjo visiškai pakeisti - ir jų buvo daug - nepavyko.
- „Salik.biz“
Trumpai tariant, standartinis modelis atsako į šį klausimą: iš ko viskas padaryta ir kaip viskas dera?
Mažiausi statybiniai blokai
Fizikai mėgsta paprastus dalykus. Jie nori viską sudurti iki esmės, surasti pačius elementariausius statybinius elementus. Tai nėra taip lengva padaryti esant šimtams cheminių elementų. Mūsų protėviai tikėjo, kad viskas susideda iš penkių elementų - žemės, vandens, ugnies, oro ir eterio. Penki yra daug paprastesni nei šimtas aštuoniolika. Ir taip pat neteisus. Jūs tikrai žinote, kad mus supantis pasaulis yra sudarytas iš molekulių, o molekulės - iš atomų. Chemikas Dmitrijus Mendelejevas tai išsiaiškino 1860-aisiais ir pateikė atomus elementų lentelėje, kuri šiandien studijuojama mokykloje. Bet šių cheminių elementų yra 118. Stibis, arsenas, aliuminis, selenas … ir dar 114.
1932 m. Mokslininkai žinojo, kad visus šiuos atomus sudaro tik trys dalelės - neutronai, protonai ir elektronai. Branduolyje neutronai ir protonai yra glaudžiai susiję. Elektronai, tūkstančius kartų lengvesni už juos, aplink branduolį apskrieja greičiu, artimu šviesai. Fizikai Plankas, Bohas, Schrödingeris, Heisenbergas ir kiti įvedė naują mokslą - kvantinę mechaniką - kad paaiškintų šį judėjimą.
Būtų puiku čia sustoti. Tik trys dalelės. Tai net lengviau nei penki. Bet kaip jie laikosi kartu? Neigiamai įkrautus elektronus ir teigiamai įkrautus protonus laiko kartu elektromagnetizmo jėgos. Bet protonai branduolyje šokinėja, o teigiami krūviai turėtų juos atstumti. Net neutralūs neutronai nepadės.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Kas sieja šiuos protonus ir neutronus kartu? „Dieviškoji intervencija“? Bet net dieviškajai būtybei būtų sunku sekti kiekvieną iš 1080 protonų ir neutronų Visatoje, juos laikyti valios jėga.
Išplečiant dalelių zoologijos sodą
Tuo tarpu gamta desperatiškai atsisako laikyti tik tris daleles savo zoologijos sode. Net keturi, nes reikia atsižvelgti į fotoną, Einšteino aprašytą šviesos dalelę. Keturios virto penkiomis, kai Andersonas išmatavo teigiamai įkrautus elektronus - pozitronus, kurie pataikė į Žemę iš kosmoso. Penki tapo šešeri, kai buvo atrastas bijūnas, laikantis visą šerdį ir numatytas Jukavos.
Tada pasirodė muonas - 200 kartų sunkesnis už elektroną, bet kitaip jo dvynys. Jau septyneri. Ne taip lengva.
Iki 1960 m. Buvo šimtai „pagrindinių“dalelių. Vietoj gerai organizuotos periodinės lentelės buvo tik ilgi barjerų (sunkiųjų dalelių, tokių kaip protonai ir neutronai), mezonų (kaip Jukos pionai) ir leptonų (lengvųjų dalelių, pavyzdžiui, elektronai ir sunkiai pasiekiami neutrinai), sąrašai, neturintys jokios organizacijos ar projektavimo principų.
Ir šioje bedugnėje gimė standartinis modelis. Nebuvo jokios įžvalgos. Archimedas neiššoko iš vonios ir šaukė: „Eureka!“Ne, vietoj to, septintojo dešimtmečio viduryje keletas protingų žmonių padarė svarbias prielaidas, kurios pavertė šį keblumą pirmiausia į paprastą teoriją, o paskui į penkiasdešimt eksperimentinių bandymų ir teorinės plėtros metų.
Kvarkai. Jie gavo šešis variantus, kuriuos mes vadiname skoniais. Kaip gėlės, tik ne taip skaniai kvepia. Vietoj rožių, lelijų ir levandų mes atsikėlėme ir pakilome, keistai ir kerinčiai, mielai ir tikri kvarkai. 1964 m. Gell-Mann ir Zweig išmokė mus, kaip maišyti tris kvarkus, kad būtų galima sudaryti baryoną. Protonas yra dviejų kvarkų aukštyn ir vienas žemyn; neutronas - du apatiniai ir vienas viršutinis. Paimkite vieną kvarką ir vieną antikvarą - gaukite mezoną. Bijūnas yra aukštyn arba žemyn kvarkas, susietas su antikūnu aukštyn arba žemyn. Visus dalykus, su kuriais mes susiduriame, sudaro kvarkai, antikvarkai ir elektronai.
Paprastumas. Vis dėlto ne visai paprastumas, nes išlaikyti kvarkus nėra lengva. Jie susiriša taip stipriai, kad niekada nerasite kvarko ar antikaro, kuris klajoja vienas pats. Šio ryšio teorija ir joje dalyvaujančios dalelės, būtent klonai, vadinamos kvantine chromodinamika. Tai svarbi standartinio modelio dalis, matematiškai sudėtinga ir kai kuriose vietose net neišsprendžiama pagrindinei matematikai. Fizikai daro viską, kad galėtų atlikti skaičiavimus, tačiau kartais matematinis aparatas nėra pakankamai išvystytas.
Kitas standartinio modelio aspektas yra „leptono modelis“. Tai yra Stepheno Weinbergo 1967 m. Orientyro, kuris sujungė kvantinę mechaniką su esminėmis žiniomis, kaip dalelės sąveikauja, ir sujungia jas į vieningą teoriją, pavadinimas. Jis įjungė elektromagnetizmą, susiejo jį su „silpna jėga“, sukeliančia tam tikrus radioaktyvius skilimus, ir paaiškino, kad tai yra skirtingi tos pačios jėgos pasireiškimai. Į šį modelį buvo įtrauktas Higso mechanizmas, suteikiantis masę pagrindinėms dalelėms.
Nuo tada standartinis modelis numatė eksperimentų rezultatus, gautus gavus rezultatus, įskaitant kelių kvarkų ir W bei Z bozonų rūšių atranką - sunkias daleles, kurios silpnos sąveikos metu elektromagnetizme atlieka tą patį vaidmenį kaip fotonas. Septintajame dešimtmetyje buvo praleista galimybė, kad neutrinų kiekis bus didelis, tačiau praėjusiais dešimtmečiais tai patvirtino standartinis modelis, praėjus keliems dešimtmečiams.
„Standarto modelio“ilgai numatytas ir ilgai lauktas Higgso bozono atradimas 2012 m. Vis dėlto nebuvo staigmena. Bet tai buvo dar viena svarbi standartinio modelio pergalė prieš tamsiąsias jėgas, kurių dalelių fizikai reguliariai tikisi horizonte. Fizikams nepatinka, kad standartinis modelis neatitinka jų minčių apie paprastus, jie nerimauja dėl jo matematinio nenuoseklumo ir taip pat ieško būdų, kaip į lygtį įtraukti gravitaciją. Akivaizdu, kad tai virsta skirtingomis fizikos teorijomis, kurios gali būti po standartinio modelio. Taip atsirado grandiozinės suvienijimo teorijos, supersimetrija, technokoros ir stygų teorija.
Deja, teorijos, nepriklausančios standartiniam modeliui, nerado sėkmingų eksperimentinių įrodymų ir jokių didelių standartinio modelio trūkumų. Praėjus penkiasdešimčiai metų, standartinis modelis yra artimas visko teorijai. Nuostabi beveik visko teorija.
Ilja Khel