Štandardný model

Fyzici vyvinuli teóriu – štandardný model – ktorá objasňuje z čoho pozostáva svet a čo ho drží pokope. Je to jednoduchá a obsažná teória, ktorá opisuje stovky častíc a vysvetľuje ich vzájomné spolupôsobenie (interakciu). Potrebuje k tomu len niekoľko elementárnych častíc:

  • 6 kvarkov,
  • 6 leptónov - najznámejší leptón je elektrón,
  • Častice prenášajúce silu – nosiče síl, ako napríklad fotón.

Všetky známe materiálne častice sú zložené z kvarkov a leptónov. Vzájomne na seba pôsobia prostredníctvom častíc, ktoré sprostredkúvajú silové pôsobenie.

Štandardný model je dobrá teória. Veľký počet experimentov potvrdil predpovede s neuveriteľnou presnosťou a všetky častice, ktoré teóriou boli dodnes predpovedané, boli tiež objavené. A predsa táto teória nedokáže všetko vysvetliť. V štandardnom modeli nie je zahrnutá napríklad gravitácia.

Viac o štandardnom modely

Fyzika častíc vysokých energií skúma základné stavebné jednotky hmoty a interakcie medzi nimi. Teória, ktorá elegantne sumarizuje poznatky na tomto poli, Štandardný model (SM), popisuje interakcie medzi základnými zložkami hmoty. Tie sú rozdelené do troch rodín (generácií) kvarkov a leptónov, ako je zobrazené na obrázku nižšie a ich antičastíc.

standardny model EN

Elektromagnetická, slabá a silná sila sú sprostredkovávané výmenou bozónov a sú generované základnými symetriami, ktoré sú vzťahované k zákonom zachovania. Nekonečný dosah elektromagnetickej sily je sprostredkovaný nehmotným fotónom a elektrický náboj sa zachováva. Silnú interakciu medzi kvarkami, ktorá má krátky dosah sprostredkuje nehmotné bezfarebné gluóny, pričom sa zachováva farebný náboj.

Pri vysokých energiách sú slabá a elektromagnetická interakcia popisované ako jednotná elektroslabá sila. Ťažké W a Z bozóny sú kompatibilné s povahou slabej interakcie, ktorá ma krátky dosah. Slabý náboj, ktorý je pred nami schovaný, na rozdiel od elektrického náboja, sa nezachováva.

Sily sú sprostredkované cez výmenu častíc nazývaných bozóny: fotóny pre elektromagnetickú (EM) silu, W a Z bozóny pre slabú silu a gluóny pre silnú “farebnú” silu.

Keďže hmotnosti častíc sú veľmi malé, gravitačná sila je zanedbateľná v porovnaní s ostatnými troma silami. Leptóny sú voľné častice. Môžu byť buď nabité (e-, μ-, τ-), teda cítia obidve sily, elektromagnetickú aj slabú, alebo neutrálne (neutrína: νe, νμ, ντ), ktoré interagujú len slabo.
Kvarky sú častice citlivé na všetky tri interakcie. V prírode neexistujú voľné kvarky: Pozorujeme len zložené stavy kvarkov nazývané hadróny, z ktorých najznámejšie sú protón a neutrón.

Akékoľvek zavedenie hmotnosti častíc by porušilo elektroslabú symetriu a urobilo by teóriu nepredvítateľnou. Aby sa tomu vyhlo, Higgsov mechanizmus spontánne narúša symetriu postulovaním, že vákum je naplnené novým poľom, ktoré prenáša iba slabý náboj. Častice, ktoré prenášajú slabý náboj (W a Z bozón, kvarky, leptóny a Higgsova častica, H je asociované s Higgsovým poľom) sú spomaľované pri interakcii s Higgsovým poľom a získavajú hmotnosť. Hmotnosť Higgsovho bozónu, mH, nie je predpovedaná Higgsovým mechanizmom, ale desaťročiami precíznych meraní, ktoré obmedzili mH na približne stonásobok hmotnosti protónu.

Experimenty ATLAS CMS na urýchľovači LHC pozorovali novú časticu, ktorá je kompatibilná s Higgsovým bozónom.