Pe lângă materia întunecată și energia întunecată necunoscută științei, modelul standard al fizicii particulelor se confruntă, de asemenea, cu dificultăți în a explica de ce fermionii adaugă până la trei seturi aproape identice.
Pentru o teorie care încă lipsește componente destul de mari, Modelul Standard de particule și interacțiuni a avut un succes destul de mare. Ține cont de tot ce întâlnim zilnic: protoni, neutroni, electroni și fotoni, precum și exotice precum bosonul Higgs și quark-urile adevărate. Cu toate acestea, teoria este incompletă, deoarece nu poate explica fenomene precum materia întunecată și energia întunecată.
Succesul modelului standard se datorează faptului că oferă un ghid util pentru particulele de materie pe care le cunoaștem. Generațiile pot fi numite unul dintre aceste modele importante. Se pare că fiecare particulă de materie poate fi de trei versiuni diferite, care diferă doar în masă.
Oamenii de știință se întreabă dacă acest model are o explicație mai detaliată sau dacă este mai ușor să creadă că un adevăr ascuns îl va înlocui.
Modelul standard este un meniu care conține toate particulele fundamentale cunoscute care nu mai pot fi defalcate în părțile componente ale acestora. Este împărțit în fermioni (particule de materie) și bosoni (particule care poartă interacțiuni).
Modelul standard de particule elementare și interacțiuni / colaborare ALEPH.
Particulele de materie includ șase quark și șase leptoni. Quark-urile sunt următoarele: sus, jos, fermecat, ciudat, adevărat și adorabil. De obicei, nu există separat, ci se grupează pentru a forma particule mai grele, cum ar fi protonii și neutronii. Leptonii includ electroni și verii lor, muoni și tau, precum și trei tipuri de neutrini (neutrino electron, neutrino muonic și neutrin tau).
Toate particulele de mai sus sunt împărțite în trei „generații” care se copiază literalmente. Quark-urile superioare, fermecate și adevărate au aceeași sarcină electrică, precum și aceleași interacțiuni slabe și puternice: diferă în primul rând în masele pe care le oferă câmpul Higgs. Același lucru este valabil pentru quark-urile în jos, ciudate și destul de frumoase, precum și electronul, muonul și tau.
Video promotional:
Așa cum am menționat mai sus, astfel de diferențe pot însemna ceva, dar fizicienii încă nu și-au dat seama ce. Majoritatea generațiilor variază foarte mult în greutate. De exemplu, un lepton tau este de aproximativ 3.600 de ori mai masiv decât un electron și un quark adevărat este de aproape 100.000 de ori mai greu decât un quark ascendent. Această diferență se manifestă în stabilitate: generațiile mai grele se despart în cele mai ușoare până ajung la cele mai blânde stări, care rămân stabile pentru totdeauna (din câte se știe).
Generațiile joacă un rol important în experimentare. De exemplu, bosonul Higgs este o particulă instabilă care se descompune în multe alte particule, inclusiv leptonele tau. Se pare că, datorită faptului că tau este cea mai grea dintre particule, bosonul Higgs „preferă” să se transforme în tau mai des decât în muoni și electroni. După cum notează acceleratorii de particule, cea mai bună modalitate de a studia interacțiunile câmpului Higgs cu leptonii este observând descompunerea bosonului Higgs în două tau.
Decaderea bosonului Higgs în destul de frumoase quarks / ATLAS Collaboration / CERN.
Acest tip de observație se află în centrul fizicii modelului standard: împingeți două sau mai multe particule unul față de celălalt și vedeți ce particule apar, apoi căutați reziduurile pentru tipare - și, dacă aveți noroc, veți vedea ceva care nu se potrivește cu imaginea dvs.
Și deși lucrurile precum materia întunecată și energia întunecată nu se încadrează în mod clar în modelele moderne, există unele probleme cu modelul standard în sine. De exemplu, potrivit acestuia, neutrinii ar trebui să fie fără masă, dar experimentele au arătat că neutrinii au încă masă, chiar dacă este incredibil de mică. Și, spre deosebire de quark și leptonii încărcați electric, diferența de masă între generații de neutrini este nesemnificativă, ceea ce explică fluctuațiile lor de la un tip la altul.
Neavând nicio masă, neutrinii sunt indistinguibili între ei, cu masa - sunt diferiți. Diferența dintre generațiile lor încurcă atât teoreticienii, cât și experimentatorii. După cum a menționat Richard Ruiz de la Universitatea din Pittsburgh, „Există un tipar care ne privește, dar nu ne putem da seama exact cum ar trebui să fie înțeles”.
Chiar dacă există un singur boson Higgs - cel din Modelul Standard - sunt multe de învățat prin respectarea interacțiunilor sale și a degradării. De exemplu, examinarea cât de des se transformă bosonul Higgs în tau în comparație cu alte particule poate testa validitatea Modelului Standard, precum și obține indicii despre existența altor generații.
Desigur, nu mai sunt aproape generații, deoarece quark-ul de a patra generație ar trebui să fie mult mai greu decât chiar un adevărat quark. Dar anomaliile din despărțirea Higgs spun multe.
Din nou, astăzi niciunul dintre oamenii de știință nu înțelege de ce există exact trei generații de particule de materie. Cu toate acestea, structura modelului standard este ea însăși un indiciu asupra a ceea ce se poate afla în afara acestuia, inclusiv ceea ce este cunoscut sub numele de supersimetrie. Dacă fermionii au parteneri suprasimetrici, aceștia trebuie să aibă și trei generații. Modul în care sunt distribuite masele lor poate ajuta la înțelegerea distribuției de masă a fermionilor în Modelul Standard, precum și de ce se încadrează în aceste tipare particulare.
Supersimetria presupune existența unui „superparten” / CERN / IES de SAR mai greu pentru fiecare particulă a modelului standard.
Indiferent de câte generații de particule există în Univers, însăși faptul prezenței lor rămâne un mister. Pe de o parte, „generațiile” nu sunt altceva decât o organizare convenabilă a particulelor de materie din Modelul Standard. Cu toate acestea, este în întregime posibil ca această organizație să poată supraviețui într-o teorie mai profundă (de exemplu, o teorie în care quark-urile sunt compuse din particule ipotetice și mai mici - preon), care poate explica de ce quark-urile și leptonele par să formeze aceste tipare.
Până la urmă, chiar dacă modelul standard nu este încă o descriere definitivă a naturii, până acum și-a făcut treaba destul de bine. Cu cât comunitatea științifică se apropie de marginile hărții desenate de această teorie, oamenii de știință mai apropiați ajung la o descriere adevărată și exactă a tuturor particulelor și a interacțiunilor lor.
Vladimir Guillen
