I tillegg til mørk materie og mørk energi som er ukjent for vitenskapen, har Standard Model of Particle Physics også vanskeligheter med å forklare hvorfor fermioner legger opp til tre nesten identiske sett.
For en teori som fremdeles mangler ganske store komponenter, har Standard Model of Particles and Interactions vært ganske vellykket. Den tar hensyn til alt vi møter på daglig basis: protoner, nøytroner, elektroner og fotoner, samt eksotiske stoffer som Higgs boson og sanne kvarker. Teorien er imidlertid ufullstendig, da den ikke kan forklare fenomener som mørk materie og mørk energi.
Suksessen med Standard Model skyldes det faktum at den gir en nyttig guide til partiklene av materie vi kjenner. Generasjoner kan kalles et av disse viktige mønstrene. Det ser ut som hver partikkel av materie kan være av tre forskjellige versjoner, som bare skiller seg ut i masse.
Forskere lurer på om dette mønsteret har en mer detaljert forklaring, eller om det er lettere å tro at en skjult sannhet vil erstatte den.
Standardmodellen er en meny som inneholder alle kjente grunnleggende partikler som ikke lenger kan brytes ned i komponentdelene. Det er delt inn i fermioner (partikler av materie) og bosoner (partikler som har interaksjoner).
Standard modell av elementære partikler og interaksjoner / ALEPH-samarbeid.
Partiklene av materie inkluderer seks kvarker og seks leptoner. Kvarkene er som følger: topp, bunn, sjarmert, rart, sant og bedårende. De eksisterer vanligvis ikke hver for seg, men grupperer seg for å danne tyngre partikler som protoner og nøytroner. Leptoner inkluderer elektroner og deres kusiner, muoner og tau, samt tre typer nøytrinoer (elektronneutrino, muonic neutrino og tau neutrino).
Alle de ovennevnte partiklene er delt inn i tre "generasjoner" som bokstavelig talt kopierer hverandre. Den øverste, sjarmerte og sanne kvarkene har den samme elektriske ladningen, så vel som de samme svake og sterke interaksjonene: de skiller seg først og fremst i massene som Higgs-feltet gir dem. Det samme gjelder de dunne, rare og pene kvarkene, så vel som elektron, muon og tau.
Salgsfremmende video:
Som nevnt over, kan slike forskjeller bety noe, men fysikere har ennå ikke funnet ut hva. De fleste generasjoner varierer veldig i vekt. For eksempel er et tau lepton omtrent 3600 ganger mer massivt enn et elektron, og en ekte kvark er nesten 100 000 ganger tyngre enn en opp kvark. Denne forskjellen manifesterer seg i stabilitet: de tyngre generasjoner brytes opp i lettere til de når de mildeste tilstandene, som forblir stabile for alltid (så langt det er kjent).
Generasjoner spiller en viktig rolle i eksperimentering. For eksempel er Higgs-bosonet en ustabil partikkel som forfaller til mange andre partikler, inkludert tau lepton. Det viser seg at på grunn av det faktum at tau er den tyngste av partikler, foretrekker Higgs-bosonet å gjøre om til tau oftere enn til muoner og elektroner. Som partikkelakseleratorer bemerker, er den beste måten å studere interaksjonene mellom Higgs-feltet og leptoner ved å observere forfallet til Higgs-boson i to tau.
Forfall av Higgs-bosonen til pene kvarker / ATLAS-samarbeid / CERN.
Denne typen observasjoner er kjernen i fysikken til standardmodellen: støt to eller flere partikler mot hverandre og se hvilke partikler som vises, og se deretter i restene etter mønstre - og hvis du er heldig, vil du se noe som ikke passer ditt bilde.
Og selv om ting som mørk materie og mørk energi helt klart ikke passer inn i moderne modeller, er det noen problemer med selve Standardmodellen. I følge det skal nøytrinoer for eksempel være masseløse, men eksperimenter har vist at nøytrinoer fremdeles har masse, selv om det er utrolig lite. Og i motsetning til kvarker og elektrisk ladede leptoner, er forskjellen i masser mellom generasjoner av nøytrinoer ubetydelig, noe som forklarer svingningene deres fra en type til en annen.
Har ingen masse, kan nøytrino ikke skilles fra hverandre, med masse - de er forskjellige. Forskjellen mellom deres generasjoner pusler både teoretikere og eksperimenter. Som Richard Ruiz fra University of Pittsburgh bemerket, "Det er et mønster som stirrer på oss, men vi kan ikke finne ut nøyaktig hvordan det skal forstås."
Selv om det bare er en Higgs-boson - den i standardmodellen - er det mye å lære ved å observere dets interaksjoner og forfall. Hvis du for eksempel undersøker hvor ofte Higgs-bosonet blir konvertert til tau sammenlignet med andre partikler, kan du sjekke gyldigheten til standardmodellen, samt få ledetråder om andre generasjoners eksistens.
Selvfølgelig er det knapt flere generasjoner, siden fjerde generasjons kvark skal være mye tyngre enn til og med en ekte kvark. Men avvikene i Higgs-oppbruddet forteller mye.
Igjen, i dag er det ingen av forskerne som forstår hvorfor det er nøyaktig tre generasjoner med stoffpartikler. Ikke desto mindre er strukturen i Standard Model i seg selv en ledetråd til hva som kan ligge utenfor den, inkludert det som kalles supersymmetri. Hvis fermions har supersymmetriske partnere, må de også være tre generasjoner lange. Hvordan massene deres blir fordelt, kan hjelpe til med å forstå massefordelingen av fermioner i standardmodellen, så vel som hvorfor de passer inn i disse spesielle mønstrene.
Supersymmetry antar eksistensen av en tyngre "superpartner" / CERN / IES de SAR for hver partikkel av standardmodellen.
Uansett hvor mange generasjoner av partikler det er i universet, forblir selve faktum av deres tilstedeværelse et mysterium. På den ene siden er "generasjoner" ikke annet enn en praktisk organisering av materiepartikler i standardmodellen. Det er imidlertid fullt mulig at denne organisasjonen kunne overleve i en dypere teori (for eksempel en teori der kvarker er sammensatt av enda mindre hypotetiske partikler - forhåndsregler), som kan forklare hvorfor kvarker og leptoner ser ut til å danne disse mønstrene.
Tross alt, selv om standardmodellen ennå ikke er en endelig beskrivelse av naturen, har den gjort jobben sin ganske bra så langt. Jo mer det vitenskapelige samfunnet kommer nærmere kantene på kartet tegnet av denne teorien, desto nærmere kommer forskerne til en sann og nøyaktig beskrivelse av alle partikler og deres interaksjoner.
Vladimir Guillen
