Model standard. Betapa bodohnya nama teori saintifik yang paling tepat yang diketahui oleh manusia. Lebih daripada seperempat Hadiah Nobel dalam bidang fizik abad yang lalu diberikan kepada karya-karya yang berkaitan secara langsung atau tidak langsung dengan Model Piawai. Namanya, tentu saja, seolah-olah anda dapat membeli peningkatan untuk beberapa ratus rubel. Mana-mana ahli fizik teori lebih suka "teori menakjubkan hampir semua perkara," yang sebenarnya.
Ramai yang mengingati kegembiraan di kalangan saintis dan media mengenai penemuan boson Higgs pada tahun 2012. Tetapi penemuannya tidak mengejutkan dan tidak muncul entah dari mana - ia menandakan ulang tahun ke-50 kemenangan Model Standard. Ini merangkumi setiap kekuatan asas kecuali graviti. Segala usaha untuk membantahnya dan menunjukkan di makmal bahawa ia perlu dikerjakan sepenuhnya - dan ada banyak - gagal.
Ringkasnya, Model Piawai menjawab soalan ini: apa semuanya dibuat dan bagaimana semuanya sesuai?
Blok bangunan terkecil
Ahli fizik menyukai perkara-perkara sederhana. Mereka mahu menghancurkan segalanya ke intinya, untuk mencari blok bangunan paling asas. Tidak begitu mudah untuk melakukan ini dengan adanya ratusan unsur kimia. Nenek moyang kita percaya bahawa semuanya terdiri daripada lima unsur - bumi, air, api, udara dan eter. Lima jauh lebih sederhana daripada seratus lapan belas. Dan juga salah. Anda pasti tahu bahawa dunia di sekitar kita terbuat dari molekul, dan molekul terbuat dari atom. Ahli kimia Dmitry Mendeleev menemukannya pada tahun 1860-an dan menunjukkan atom dalam jadual unsur, yang dipelajari di sekolah hari ini. Tetapi terdapat 118 unsur kimia ini. Antimoni, arsenik, aluminium, selenium … dan 114 lagi.
Pada tahun 1932, para saintis mengetahui bahawa semua atom ini hanya terdiri daripada tiga zarah - neutron, proton dan elektron. Neutron dan proton berkait rapat antara satu sama lain dalam nukleus. Elektron, ribuan kali lebih ringan daripada mereka, mengelilingi nukleus dengan kelajuan dekat dengan cahaya. Ahli Fizik Planck, Bohr, Schrödinger, Heisenberg, dan lain-lain telah memperkenalkan sains baru - mekanik kuantum - untuk menjelaskan pergerakan ini.
Sangat senang berhenti di situ. Hanya tiga zarah. Lebih mudah daripada lima. Tetapi bagaimana mereka bersatu? Elektron bercas negatif dan proton bermuatan positif disatukan oleh kekuatan elektromagnetisme. Tetapi proton melambung di inti dan muatan positifnya harus menjauhkannya. Malah neutron neutral tidak akan membantu.
Video promosi:
Apa yang mengikat proton dan neutron ini? "Campur Tangan Ilahi"? Tetapi bahkan makhluk ilahi akan menghadapi masalah untuk melacak setiap 1080 proton dan neutron di alam semesta, menahannya dengan kekuatan.
Memperluas zoo zarah
Sementara itu, alam semula jadi enggan menyimpan hanya tiga zarah di kebun binatangnya. Bahkan empat, kerana kita perlu memperhitungkan foton, zarah cahaya yang dijelaskan oleh Einstein. Empat berubah menjadi lima ketika Anderson mengukur elektron bermuatan positif - positron - yang menghantam Bumi dari angkasa lepas. Lima menjadi enam ketika peony memegang inti secara keseluruhan dan diramalkan oleh Yukawa ditemui.
Kemudian muon muncul - 200 kali lebih berat daripada elektron, tetapi sebaliknya kembarnya. Sudah tujuh. Tidak begitu mudah.
Menjelang tahun 1960-an, terdapat ratusan zarah "asas". Daripada jadual berkala yang teratur, hanya terdapat senarai panjang baryon (zarah berat seperti proton dan neutron), meson (seperti pion Yukawa) dan lepton (zarah ringan seperti elektron dan neutrino sukar difahami), tanpa organisasi atau prinsip reka bentuk.
Dan di jurang ini Model Standard dilahirkan. Tidak ada pandangan. Archimedes tidak melompat keluar dari bilik mandi sambil menjerit "Eureka!" Tidak, sebaliknya, pada pertengahan tahun 1960-an, beberapa orang pintar membuat andaian penting yang mengubah quagmire ini, pertama menjadi teori sederhana, dan kemudian menjadi lima puluh tahun ujian eksperimen dan pengembangan teori.
Quark. Mereka mendapat enam pilihan yang kami namakan perisa. Seperti bunga, bau tidak begitu sedap. Daripada bunga mawar, bunga bakung dan lavender, kami bangun dan turun, quark pelik dan mempesona, indah dan benar. Pada tahun 1964, Gell-Mann dan Zweig mengajar kami cara mencampurkan tiga quark untuk membuat baryon. Proton adalah dua dan satu quark bawah; neutron - dua bahagian bawah dan satu atas. Ambil satu quark dan satu antiquark - dapatkan meson. Peony adalah quark atas atau bawah yang dikaitkan dengan antiquark atas atau bawah. Semua perkara yang kita hadapi terdiri daripada quark atas, bawah, antiquark dan elektron.
Kesederhanaan. Walaupun begitu, bukan kesederhanaan, kerana menjaga quark tidak mudah. Mereka dihubungkan dengan erat sehingga anda tidak akan pernah menemui quark atau antiquark yang mengembara sendiri. Teori hubungan ini dan zarah-zarah yang mengambil bahagian di dalamnya, iaitu gluon, disebut kromodinamik kuantum. Ini adalah bahagian penting dari Model Piawai, sukar secara matematik, dan di tempat-tempat yang bahkan tidak dapat diselesaikan untuk matematik asas. Ahli fizik melakukan yang terbaik untuk membuat pengiraan, tetapi kadangkala alat matematik tidak cukup berkembang.
Aspek lain dari Model Piawai adalah "model lepton". Ini adalah tajuk makalah terkenal 1967 oleh Steven Weinberg yang menggabungkan mekanik kuantum dengan pengetahuan penting tentang bagaimana zarah berinteraksi dan menyusunnya menjadi teori bersatu. Dia menghidupkan elektromagnetisme, mengaitkannya dengan "daya lemah" yang membawa kepada kerosakan radioaktif tertentu, dan menjelaskan bahawa ini adalah manifestasi berbeza dari daya yang sama. Mekanisme Higgs dimasukkan dalam model ini, memberikan massa kepada zarah-zarah asas.
Sejak itu, Model Piawai telah meramalkan hasil eksperimen demi hasil, termasuk penemuan beberapa jenis kuark dan bos W dan Z - zarah berat yang, dalam interaksi yang lemah, memainkan peranan yang sama dengan foton dalam elektromagnetisme. Kemungkinan bahawa neutrino mempunyai massa hilang pada tahun 1960-an, tetapi disahkan oleh Model Piawai pada tahun 1990-an, beberapa dekad kemudian.
Walau bagaimanapun, penemuan boson Higgs pada tahun 2012, yang telah lama diramalkan oleh Model Piawai dan lama ditunggu-tunggu, tidak mengejutkan. Tetapi ia adalah satu lagi kemenangan besar bagi Model Piawai mengatasi kekuatan gelap yang selalu diharapkan oleh ahli fizik zarah di kaki langit. Ahli fizik tidak suka bahawa Model Piawai tidak sesuai dengan idea mereka tentang yang sederhana, mereka bimbang tentang ketidakkonsistenan matematiknya, dan mereka juga mencari cara untuk memasukkan graviti dalam persamaan. Jelas, ini diterjemahkan ke dalam teori fizik yang berbeza, yang mungkin mengikut Model Piawai. Inilah bagaimana teori penyatuan besar, supersimetri, teknokolor, dan teori rentetan muncul.
Malangnya, teori di luar Model Piawai tidak menemui bukti eksperimen yang berjaya dan tidak ada kelemahan besar dalam Model Piawai. Lima puluh tahun kemudian, Model Standard yang paling hampir menjadi teori segalanya. Teori menakjubkan hampir semua perkara.
Ilya Khel
