Modello standard: incredibile teoria di quasi tutto

Il modello Standard. Che razza di nome per un prezzo più precisa teoria scientifica da tutti conosciute all'umanità. Più di un quarto di premi nobel per la fisica del secolo scorso sono stati assegnati i lavori, che direttamente o indirettamente sono stati associati con il modello Standard. Il nome di lei, naturalmente, è come se per un paio di centinaia di rubli, è possibile acquistare un miglioramento. Qualsiasi fisico teorico preferirei «incredibile la teoria del quasi tutto», che ha, di fatto, è.

Molti ricordano l'emozione tra gli studiosi e i MEDIA, causata dalla scoperta del bosone di Higgs nel 2012. Ma la sua scoperta non è stata una sorpresa e non è sorto dal nulla — ha segnato il cinquantesimo anniversario la serie di vittorie del modello Standard. Esso comprende ogni fondamentale la forza di gravitazione. Qualsiasi tentativo di smentire la sua e dimostrare in laboratorio, che deve essere completamente riciclare — e c'erano molti — è venuto a mancare.

In Breve, il modello Standard risponde a questa domanda: di che cosa è fatto e come tutto è tenuto insieme?

i più Piccoli blocchi di costruzione

Fisica amano le cose semplici. Vogliono spaccare tutto all'essenza, trovare i blocchi di costruzione di base. Farlo in presenza di centinaia di elementi chimici non è così semplice. I nostri antenati credevano che tutto è composto da cinque elementi — terra, acqua, fuoco, aria ed etere. Cinque molto più facile di un centinaio di diciotto. E anche sbagliato. Sicuramente sapete che il mondo intorno a noi è costituito da molecole e le molecole sono costituite da atomi. Chimico Dmitri Mendeleev scoperto nel 1860 e ha introdotto gli atomi nella tabella degli elementi, che oggi studiano a scuola. Ma questi elementi chimici 118. Antimonio, arsenico, alluminio, selenio... e ancora 114.

Nel 1932 gli scienziati sapevano che tutti questi atomi si compone di soli tre particelle di neutroni, protoni ed elettroni. I neutroni e i protoni sono strettamente collegati l'uno con l'altro nel nucleo. Gli elettroni, migliaia di volte più facile per loro, girano intorno al nucleo a velocità prossima alla luce. Fisica Planck, Bohr, Schrödinger, Heisenberg e altri hanno presentato una nuova scienza — la meccanica quantistica per spiegare questo movimento.

Su questo sarebbe bello soggiornare. Solo tre particelle. È anche più facile che cinque. Ma come fanno a stare insieme? Cariche negativamente gli elettroni e positivamente i protoni sono tenuti insieme da forze dell'elettromagnetismo. Ma i protoni si allontanano nel nucleo e le loro cariche positive deve spingere oltre la loro via. Non vi aiuteranno anche neutri neutroni.

Che lega questi protoni e neutroni insieme? «Intervento divino»? Ma anche essere divino ha potuto problemi di seguire ognuno dei 10⁸⁰ protoni e neutroni nell'Universo, tenendo la loro forza di volontà.

Ampliando lo zoo delle particelle

Nel frattempo la natura disperatamente si rifiuta di memorizzare nel vostro zoo di soli tre particelle. Anche quattro, perché dobbiamo considerare il fotone, la particella di luce, descritta da Einstein. Quattro sono diventati cinque, quando Anderson ha misurato gli elettroni con carica positiva — positroni — che battono per Terra dallo spazio esterno. Cinque sono diventati sei, quando è stata scoperta la peonia, che trattiene il nucleo nel suo complesso e previsto Юкавой.

Poi è arrivato il muone — a 200 volte più pesante dell'elettrone, ma per il resto il suo gemello. E ' già sette. Non è così semplice.

Al 1960-anni sono stati centinaia di «fondamentali» delle particelle. Invece ben organizzato tavola periodica sono solo lunghi elenchi di барионов (particelle pesanti come protoni e neutroni), mesoni (una specie di peonie Yukawa) e leptoni (particelle di luce, come un elettrone e sfuggenti neutrini), senza alcun tipo di organizzazione e i principi del dispositivo.

E in questo abisso è nata il modello Standard. Non c'era illuminazione. Archimede non è saltato fuori dalla vasca, gridando «Eureka!». No, invece a metà degli anni 1960 paio di persone intelligenti hanno avanzato le ipotesi importanti, che hanno trasformato questo pantano in primo luogo in una semplice teoria, ma poi in cinquant'anni di verifica sperimentale e teorica di sviluppo.

I Quark. Hanno ottenuto sei varianti, che noi chiamiamo profumi. Come i fiori, solo non così delizioso odore. Invece di rose, gigli e lavanda abbiamo ottenuto superiore e inferiore, strano e incantato, affascinante e vera quark. Nel 1964 Gell-Mann e Zweig ci hanno insegnato a mescolare tre quark, per ricevere барион. Proton è due superiori e uno inferiore quark; il neutrone – due inferiori e uno superiore. Prendete un quark e un антикварк – ottiene maison. Peonia è superiore o inferiore quark, associato con la parte superiore o inferiore антикварком. Tutto il materiale con cui abbiamo a che fare, è composto da superiori e inferiori quark, антикварков e di elettroni.

Facile. Anche se non proprio facile, perché tenere i quark legati facile. Essi sono collegati tra loro così strettamente che non troverete mai quark o антикварка, vago di per sé. La teoria di questa comunicazione e le particelle che prendono parte in essa, vale a dire gluoni, chiamato quantistica хромодинамикой. Questa è una parte importante del modello Standard, matematicamente complessa, e a volte anche нерешаемая di base di matematica. Fisica fanno tutto il possibile per fare calcoli, ma a volte il formalismo matematico non è sufficiente è stato sviluppato.

Un Altro aspetto del modello Standard – modello «leptoni». È il titolo di un importante articolo del 1967, scritto da Steven Weinberg, che univa la meccanica quantistica con importanti conoscenze su come interagiscono le particelle, e ha organizzato una teoria. Egli si è impegnato elettromagnetismo, è stato associato con la «forza debole», che porta ad alcune radioattivo decadenza, e ha spiegato che è diversomanifestazioni della stessa forza. In questo modello è stato attivato il meccanismo di Higgs, che dà un sacco di fondamentale particelle.

Da allora il modello Standard previsto i risultati degli esperimenti per i risultati, tra cui l'apertura di diversi tipi di quark e W - e Z-bosoni – particelle pesanti, che in interazioni deboli svolgono lo stesso ruolo che il fotone nell'elettromagnetismo. La probabilità che i neutrini hanno una massa, perso nel 1960, ma ha confermato il modello Standard nel 1990, dopo pochi decenni.

L'Individuazione del bosone di Higgs nel 2012, lungo la predetta dal modello Standard, e tanto atteso, non è, tuttavia, una sorpresa. Ma è stato un altro importante vittoria del modello Standard sopra le forze oscure, che la fisica delle particelle regolarmente attendono all'orizzonte. I fisici non piace che il modello Standard non soddisfa le loro idee sul semplice, sono preoccupati per la matematica непоследовательностью, e anche alla ricerca di opportunità di includere la gravità nell'equazione. Ovviamente, questo si traduce in diverse teorie della fisica, che può essere dopo il modello Standard. Così apparve la teoria della grande unificazione, la supersimmetria, техноколор e la teoria delle stringhe.

Purtroppo, teorie oltre il modello Standard non hanno trovato successo conferme sperimentali e gravi lacune nel modello Standard. Cinquant'anni dopo, esattamente il modello Standard è il più vicino allo status di teoria del tutto. Incredibile la teoria del quasi tutto.