Selain bahan gelap dan tenaga gelap yang tidak diketahui oleh sains, Model Piawai Fizik Partikel juga menghadapi kesukaran untuk menjelaskan mengapa fermion menambah hingga tiga set yang hampir sama.
Untuk teori yang masih kekurangan komponen yang cukup besar, Model Partikel dan Interaksi Standard telah berjaya. Ini mengambil kira semua yang kita hadapi setiap hari: proton, neutron, elektron dan foton, serta eksotik seperti boson Higgs dan quark benar. Walau bagaimanapun, teori ini tidak lengkap, kerana tidak dapat menjelaskan fenomena seperti bahan gelap dan tenaga gelap.
Kejayaan Model Standard disebabkan oleh fakta bahawa ia memberikan panduan berguna untuk zarah-zarah jirim yang kita ketahui. Generasi boleh dipanggil salah satu corak penting ini. Nampaknya setiap zarah jirim boleh terdiri daripada tiga versi berbeza, yang hanya berbeza jisim.
Para saintis tertanya-tanya apakah corak ini mempunyai penjelasan yang lebih terperinci, atau apakah lebih mudah untuk mempercayai bahawa beberapa kebenaran yang tersembunyi akan menggantikannya.
Model Piawai adalah menu yang mengandungi semua zarah asas yang diketahui dan tidak lagi dapat dipecah menjadi bahagian komponennya. Ia terbahagi kepada fermion (zarah jirim) dan boson (zarah yang membawa interaksi).
Model Piawai Partikel Elemen dan Interaksi / Kerjasama ALEPH.
Zarah-zarah jirim merangkumi enam quark dan enam lepton. Quark adalah seperti berikut: atas, bawah, terpesona, pelik, benar, dan menggemaskan. Mereka biasanya tidak wujud secara berasingan, tetapi berkumpul bersama untuk membentuk zarah yang lebih berat seperti proton dan neutron. Lepton termasuk elektron dan sepupu mereka, muon dan tau, serta tiga jenis neutrino (elektron neutrino, muonic neutrino, dan tau neutrino).
Semua zarah di atas dibahagikan kepada tiga "generasi" yang secara literal saling menyalin. Quark teratas, terpesona, dan benar mempunyai cas elektrik yang sama, serta interaksi lemah dan kuat yang sama: mereka terutamanya berbeza dalam jisim yang diberikan oleh medan Higgs kepada mereka. Perkara yang sama berlaku untuk quark bawah, aneh dan cantik, begitu juga elektron, muon, dan tau.
Video promosi:
Seperti yang telah disebutkan di atas, perbezaan tersebut mungkin bermaksud sesuatu, tetapi ahli fizik belum mengetahui apa. Sebilangan besar generasi berbeza dari segi berat. Sebagai contoh, tau lepton kira-kira 3,600 kali lebih besar daripada elektron, dan quark sebenar hampir 100,000 kali lebih berat daripada quark naik. Perbezaan ini menjelma dalam kestabilan: generasi yang lebih berat hancur menjadi yang lebih ringan sehingga mereka mencapai keadaan yang paling ringan, yang tetap stabil selamanya (sejauh yang diketahui).
Generasi memainkan peranan penting dalam eksperimen. Contohnya, boson Higgs adalah zarah tidak stabil yang terurai ke dalam banyak zarah lain, termasuk lepton tau. Ternyata kerana tau adalah zarah yang paling berat, boson Higgs "lebih suka" berubah menjadi tau lebih kerap daripada menjadi muon dan elektron. Seperti yang diperhatikan oleh pemecut zarah, kaedah terbaik untuk mengkaji interaksi medan Higgs dengan lepton adalah dengan memerhatikan kerosakan boson Higgs menjadi dua tau.
Kerosakan boson Higgs menjadi quark cantik / Kerjasama ATLAS / CERN.
Jenis pemerhatian ini berada di tengah-tengah fizik Model Piawai: bentukkan dua atau lebih zarah antara satu sama lain dan lihat zarah mana yang muncul, kemudian cari baki corak - dan, jika anda bernasib baik, anda akan melihat sesuatu yang tidak sesuai dengan gambar anda.
Walaupun perkara seperti bahan gelap dan tenaga gelap jelas tidak sesuai dengan model moden, terdapat beberapa masalah dengan Model Standard itu sendiri. Sebagai contoh, menurutnya, neutrino seharusnya tidak berjisim, tetapi percubaan telah menunjukkan bahawa neutrino masih mempunyai jisim, walaupun sangat kecil. Dan, tidak seperti quark dan lepton bermuatan elektrik, perbezaan jisim antara generasi neutrino tidak signifikan, yang menjelaskan turun naiknya dari satu jenis ke jenis yang lain.
Tanpa jisim, neutrino tidak dapat dibezakan antara satu sama lain, dengan jisim - ia berbeza. Perbezaan antara generasi mereka membingungkan teori dan eksperimen. Seperti yang dicatat oleh Richard Ruiz dari University of Pittsburgh, "Ada pola yang menatap kita, tetapi kita tidak dapat mengetahui dengan tepat bagaimana ia harus dipahami."
Walaupun hanya ada satu boson Higgs - yang ada dalam Model Piawai - masih banyak yang perlu dipelajari dengan memerhatikan interaksi dan kerosakannya. Sebagai contoh, memeriksa seberapa sering boson Higgs ditukar menjadi tau berbanding dengan zarah lain, anda boleh memeriksa kesahan Model Piawai, dan juga mendapat petunjuk mengenai kewujudan generasi lain.
Sudah tentu, hampir tidak ada generasi lagi, kerana quark generasi keempat harus jauh lebih berat daripada quark yang sebenarnya. Tetapi anomali dalam perpecahan Higgs banyak memberitahu.
Sekali lagi, hari ini tidak ada saintis yang memahami mengapa terdapat tiga generasi zarah jirim. Walaupun demikian, struktur Model Piawai itu sendiri adalah petunjuk untuk apa yang mungkin terletak di luarnya, termasuk apa yang dikenali sebagai supersimetri. Sekiranya fermion mempunyai pasangan supersimetri, mereka juga mesti berumur tiga generasi. Bagaimana jisim mereka diagihkan dapat membantu memahami pengedaran massa fermion dalam Model Piawai, dan juga mengapa ia sesuai dengan corak tertentu ini.
Supersimetri menganggap kewujudan "superpartner" / CERN / IES de SAR yang lebih berat bagi setiap zarah Model Piawai.
Tidak kira berapa generasi zarah yang ada di Alam Semesta, hakikat kehadiran mereka tetap menjadi misteri. Di satu pihak, "generasi" tidak lebih dari sekadar organisasi zarah jirim yang mudah digunakan dalam Model Piawai. Walau bagaimanapun, sangat mungkin organisasi ini dapat bertahan dalam teori yang lebih dalam (misalnya, teori di mana quark terdiri daripada zarah hipotesis yang lebih kecil - preons), yang dapat menjelaskan mengapa quark dan lepton nampaknya membentuk corak ini.
Bagaimanapun, walaupun Model Piawai belum menjadi gambaran semula jadi yang pasti, ia telah melaksanakan tugasnya dengan baik setakat ini. Semakin komuniti saintifik semakin dekat dengan pinggir peta yang dilukis oleh teori ini, semakin dekat saintis dengan penerangan yang betul dan tepat mengenai semua zarah dan interaksinya.
Vladimir Guillen
