Model standard

verificările necesită 4 modificări .

Станда́ртная моде́ль (СМ) — теоретическая конструкция в физике элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц. Современная формулировка была завершена в 2000-е годы после экспериментального подтверждения существования кварков. Открытие t-кварка (1995)[1], b-кварка (1977) и тау-нейтрино (2000), подтвердило правильность СМ.

Стандартная модель не является теорией всего, так как не описывает тёмную материю, тёмную энергию и не включает в себя гравитацию. Экспериментальное подтверждение существования промежуточных векторных бозонов в середине 80-х годов завершило построение Стандартной модели и её принятие как основной. Необходимость незначительного расширения модели возникла в 2002 году, после обнаружения нейтринных осцилляций, а подтверждение существования бозона Хиггса в 2012 году завершило экспериментальное обнаружение предсказываемых Стандартной моделью элементарных частиц [2].

În plus, SM a găsit aplicații în domenii în afara fizicii particulelor, cum ar fi astronomia , cosmologia și fizica nucleară .

Стандартная модель включает в себя следующие ингредиенты: 6 кварков, 6 лептонов, 4 частицы-переносчика силовых взаимодействий, а также 1 хиггсовский бозон. Если учитывать античастицы и различные цветовые заряды у глюонов, то в общей сложности СМ описывает 61 уникальную частицу[3][4].

Istorie

Основы стандартной модели были заложены в 1960 году Шелдоном Глэшоу, пытавшимся объединить электромагнитное и слабое взаимодействия. В 1967 году Стивен Вайнберг и Абдус Салам включили в теорию Глэшоу механизм Хиггса, придав ей современную форму. Механизм Хиггса необходим для появления массы у всех элементарных частиц СМ — W-бозонов, Z-бозонов, кварков и лептонов. В 1973 году в ЦЕРНе были открыты нейтральные токи, переносимые Z-бозоном, после чего электрослабая теория получила широкое признание. Глэшоу, Салам и Вайнберг разделили в 1979 году Нобелевскую премию по физике за её создание. W- и Z-бозоны были экспериментально обнаружены в 1981 году, и их массы соответствовали предсказанию СМ. Теория сильного взаимодействия, к которой причастны многие учёные, приобрела современную форму около 1973—1974 годах, когда эксперименты подтвердили, что адроны состоят из кварков обладающих дробным зарядом.

В настоящее время материя и энергия лучше всего понимаются в терминах кинематики и взаимодействия элементарных частиц (ЭЧ). Сегодня физика свела законы, управляющие поведением и взаимодействием всех известных форм материи и энергии, к небольшому набору фундаментальных законов и теорий. Главная цель физики состоит в нахождении «общей основы», которая могла бы объединить все эти теории в одну общую «теорию всего», в которой все прочие известные законы были бы частными случаями, и из которой можно было бы вывести поведение всех форм материи и энергии (по крайней мере, в принципе). СМ объединила две главные предшествующие теории — квантовую теорию электрослабого взаимодействия и квантовую хромодинамику — во внутренне стройную теорию, которая описывает взаимодействие между всеми известными частицами в терминах квантовой теории поля (КТП).

Стандартная модель состоит из следующих положений:

Всё вещество состоит из 12 фундаментальных квантовых полей , квантами которых являются фундаментальные частицы со спином ½ — фермионы , которые можно объединить в три поколения фермионов : 6 лептонов ( электрон , мюон , таон , э-нейтрино , мю-нейтрино и тау-нейтрино ) и 6 кварков (u-, d-, s-, c-, b-, t-), а также 12 соответствующих им античастиц.
Кварки участвуют в сильных, слабых и электромагнитных взаимодействиях; заряженные лептоны (электрон, мюон, таон) — в слабых и электромагнитных; нейтрино — только в слабых взаимодействиях.
Все три типа взаимодействий возникают как следствие постулата, что наш мир симметричен относительно трёх типов калибровочных преобразований. Частицами-переносчиками взаимодействий являются бозоны:

8 глюонов для сильного взаимодействия (группа симметрии SU(3)); 3 тяжёлых калибровочных бозона (W+, W−, Z0) для слабого взаимодействия (группа симметрии SU(2)); один фотон для электромагнитного взаимодействия (группа симметрии U(1)).

В отличие от электромагнитного и сильного, слабое взаимодействие может смешивать фермионы из разных поколений, что приводит к нестабильности всех частиц, за исключением легчайших, и к таким эффектам, как нарушение CP-инвариантности и нейтринные осцилляции.
Внешними параметрами стандартной модели являются:
- массы лептонов (3 параметра, нейтрино принимаются безмассовыми) и кварков (6 параметров), интерпретируемые как константы взаимодействия их полей с полем бозона Хиггса ,
- параметры CKM-матрицы смешивания кварков — три угла смешивания и одна комплексная фаза, нарушающая CP-симметрию — константы взаимодействия кварков с электрослабым полем,
- два параметра поля Хиггса , которые связаны однозначно с его вакуумным средним и массой бозаны бозачно
- три константы взаимодействия, связанные соответственно с калибровочными группами U(1), SU(2) и SU(3), и характеризующие относительные интенсивности электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий.

В связи с тем, что обнаружены нейтринные осцилляции , стандартная модель нуждается в расширении, которое вводит дополнительно 3 массы нейтрино и как минимум 4 параметра PMNS-матрицы смешивания нейтрино , аналогичные CKM-матрице смешивания кварков, и, возможно, ещё 2 параметра смешивания, если нейтрино являются майорановскими частицами . Также в число параметров стандартной модели иногда вводят вакуумный угол квантовой хромики хромодина . Примечательно, что математическая модель с набором из 20 с небольшим чисел способна описать результаты миллионов проведённых к настоящему времени в физике экспериментов [5] .

Стандартная модель построена на локальной калибровочной симметрии , спонтанно нарушенной . Каждый из трёх параметров отвечает за конкретный тип взаимодействия. Квантовая электродинамика обладает инвариантностью относительно локальных калибровочных преобразований U(1) : то есть лагранжиан инвариантен относительно локальных калибровочных преобразований . Для слабого взаимодействия (поля Янга-Миллса) свойственна инвариантность относительно невительно невойственна инвариантность относительно невабите на поля слабого $SU(3)\times SU(2)\times U(1)$ $SU(3)\times U(1)$ $\phi \rightarrow e^{i\Lambda (x,t)}\phi$

\phi '_{1}=\cos \Lambda _{3}\phi _{1}+\sin \Lambda _{3}\phi _{2}

\phi '_{2}=-\sin \Lambda _{3}\phi _{1}+\cos \Lambda _{3}\phi _{2},

\phi '_{3}=\phi _{3}.

Данное калибровочное преобразование может быть записано в виде унитарной матрицы 2×2 слимнцы 2×2 слимное Для электрослабого взаимодействия, как объединения электродинамики со слабым взаимодея, ситмодея ,. Группа SU(3) — это группа матриц 3×3 с определителем, равным единице. Вот почему существует 8 глюонов. $SU(2)\times U(1)$

Из модели электрослабого взаимодествия вытекает существование безмассовых частиц ( W- и Z-бозоны ), но экспериментально доказано, что эти заряженные частицы обладают массой. Эту проблему решает механизм cпонтанного нарушения симметрии ( механизм Хиггса ). Поле Хиггса (бозон Хиггса) предоставляет массу этим безмассовых частицам.

Есть шесть кварков (u-кварк и d-кварк, c-кварк и s-кварк, t-кварк и b-кварк) и шесть лептонов (электрон и э-нейтрино, мюон и мю-нейтрино, таон и тау-нейтрино) . Протон и нейтрон — это барионы с наименьшей массой ( p = u + u + d , n = u + d + d ). Кварки также несут электрический заряд и слабый изоспин .

Остальные шесть фермионов не имеют цветного заряда и называются лептонами. Электрон, мюон и таон обладают электрическим зарядом и могут участвовать в электромагнитном и слабом взаимодействиях. Три нейтрино также не имеют электрический заряд, поэтому они могут участвовать только в слабом взаимодействии. При малой энергии нейтрино чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом и имеют колоссальную длину пробега ~1018 м, что делает их чрезвычайно трудными для изучения. Член каждого следующего поколения имеет массу больше нежели соответствующая частица младшего поколения. Частицы первого (младшего) поколения стабильны[8]. Вся барионная материя состоит из частиц первого поколения. В частности атомы всех химических элементов состоят из электронов окружающих атомные ядра (нуклоны), состоящие из протонов и нейтронов, а те в свою очередь составлены из u-кварков и d-кварков. Заряженные частицы второго и третьего поколения, напротив, короткоживущие и имеют весьма малое время полураспада. Поэтому они наблюдаются только в высоко-энергетических событиях и экспериментах.

Взаимодействия в физике понимаются как способ влияния одних частиц на другие.

фотоны переносят электромагнитные силы между электрически заряженными частицами. Фотон не имеет массы и отлично описывается в рамках квантовой электродинамики (КЭД).

Bosonii W+, W- și Z poartă interacțiunea slabă între particulele de diferite arome (quarci și leptoni) Sunt masivi, Z fiind mai masiv decât W± Interacțiunea slabă purtată de bosonii W± afectează doar particulele polarizate stânga și antiparticulele polarizate dreapta. .

Глюоны беззасовы.

Взаимодействие между всеми частицами, описываемыми СМ, суммированы в диаграмме справа.

Его предсказали Петр Хиггс с соавторами в 1964 году. Бозон Хиггса — это краеугольный камень СМ.

Бозон Хиггса играет уникальную роль в СМ, объясняя, почему все другие частицы, кроме фотона, глюонов и нейтрино, имеют массу. Массы элементарных частиц, а также различие между электромагнетизмом (переносимым фотонами) и слабыми силами (переносимыми W и Z бозонами) критичны по многим аспектам структуры микрокосма (и, следовательно, макрокосма). В электрослабой теории бозон Хиггса порождает массы лептонов и кварков. Поскольку бозон Хиггса массивен, он должен взаимодействовать также сам с собой.

13 martie 2013 г.

2] .

В марте 2021 года эксперимент LHCb сообщил об обнаружении нарушения лептонной универсальности. Это нарушение проявляется в том, что распады прелестных мезонов B+ → K+l+l- (где l = µ, e) с испусканием мюонных пар идут на 15 % реже, чем с испусканием пар электронов. Измерения расходятся с предсказаниями Стандартной модели на уровне, превышающем три стандартных отклонения [24].
В апреле 2021 года Фермилаб сообщил, что измерения g-Фактора аномального магнитного момента мюона в экспериментах Muon g-2 имеют статистически значимое расхождение с предсказаниями Стандартной модели с достоверностью превышающей четыре стандартных отклонения[25].
Эти аномалии в поведении мюона являются сильным свидетельством существования пятого фундаментального взаимодействия [26][27].

În aprilie 2022, fizicienii de la colaborarea internațională CDF , în studiul lor, realizat pe baza datelor de prelucrare de la 10 ani de funcționare a civizorului Tevatron , au demonstrat că masa bosonului W este cu 0,09% mai mare decât cea prevăzută de the Standard Model [28] [29] .

Vezi și

Note

Comentarii

↑ Детектор CDF обнаружил явление, не поддающееся объяснению в рамках Стандартной модели[22]
↑ недавний результат ээватрона не ызызвал у уизиков особого энтузиаззза [23]

Surse

et al. Scrisori de revizuire fizică .
↑ www.nkj.ru .
↑ Кобычев, Попов.
↑ Архив.
↑ Парпалак.
↑ Горбар, Гусинин, 2014.
↑ Райдер, 1987 .
16.
↑ Lindon, Jack (2020). CERN.
Bazele fizicii .
— пресс-релиз CERN, 4.07.2012 (англ.)
- element.ru, 4.07.2012
- element.ru, 16.07.12
„Interacțiuni slabe la energii foarte mari: rolul masei bosonului Higgs”. Revizuirea fizică D .
↑ M. Strassler. Higgs Discovery: Is it a Higgs? (неопр.) (10 July 2012). Дата обращения: 6 августа 2013. Архивировано 20 августа 2013 года.
Дата обращения 10 февраля 2022.
Data accesului: 5 iulie 2012. Arhivat din original pe 5 iulie 2012. (неопр.)
↑ ATLAS Experiment (неопр.). ATLAS (4 July 2012). Дата обращения: 13 июня 2017. Архивировано 23 ноября 2016 года.
↑ Rezultate noi indică faptul că particula descoperită la CERN este un boson Higgs . Preluat la 14 iunie 2020. Arhivat din original la 3 august 2020. (неопр.)
↑ Experimentele LHC aprofundează în precizie . Preluat la 23 iulie 2017. Arhivat din original la 14 iulie 2017. (неопр.)
↑ гросс .
Дата обращения: 25 апреля 2011. Архивировано 9 июня 2009 года. (неопр.)
Дата обращения: 25 апреля 2011. Архивировано 26 апреля 2011 года. (неопр.)
Preluat la 12 aprilie 2021. Arhivat din original la 12 aprilie 2021. (неопр.)
Primele rezultate ale experimentului Muon g-2 de la Fermilab întăresc dovezile unei noi fizici , Fermilab (7 aprilie 2021). Архивировано 7 апреля 2021 года.
Архивировано 28 апреля 2021 года.
. Preluat la 12 aprilie 2021. Arhivat din original la 12 aprilie 2021. (неопр.)
Дата обращения: 22 апреля 2022. Архивировано 13 апреля 2022 года. (неопр.)
↑ Измерения массы W-бозона не совпали со Стандартной моделью / Хабр . Дата обращения: 22 апреля 2022. Архивировано 28 апреля 2022 года. (неопр.)

Literatură

In rusa:

На иностранных языках:

Nagashima Y. Elementary Particle Physics: Foundations of the Standard Model. — Wiley, 2013. — Vol. 2. — P. 614.
Schwartz, M.D. Quantum Field Theory and the Standard Model. — Cambridge: Cambridge University Press, 2013. — P. 952.
Langacker P. The standard model and beyond. — CRC Press, 2010. — P. 670.
„Bosonul Higgs: transmiterea, întrebarea, exprimarea”. Buletinul Academiei Naționale de Științe a Ucrainei .

Link -uri

(неопр.) (Engleză)
Л. Видео Лекции: Теория электрослабых взаимодействий (профессор Черняк В. Л., 2013 г.) . (неопр.)
Partea 1 . (неопр.)
Дэвид Гросс. Грядущие революции в фундаментальной физике (неопр.).
История развития теоретической физики ыыоких энергий (20 июня 2011). Дата обращения: 23 ianuarie 2012. архивировано 23 ianuarie 2012 года. (неопр.)
Arhiva . (неопр.)
Владислав Кобычев, Сергей Попов. Половинка от магнита (неопр.). «Популярная механика» № 2, 2015.
Ce urmeaza? . (неопр.)

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare norvegian Rusă mare Britannica (online)
În cataloagele bibliografice	BNF: 123191834 GND: 4297710-1 J9U: 987007556113005171 LCCN: sh91002552