В допълнение към тъмната материя и тъмната енергия, непознати за науката, Стандартният модел на физиката на частиците също се сблъсква с трудности да обясни защо фермионите добавят до три почти еднакви множества.
За теория, която все още няма доста големи компоненти, Стандартният модел на частиците и взаимодействията е доста успешен. Той отчита всичко, с което се сблъскваме ежедневно: протони, неутрони, електрони и фотони, както и екзотика, като бозон на Хигс и истински кварки. Теорията обаче е непълна, тъй като не може да обясни явления като тъмна материя и тъмна енергия.
Успехът на Стандартния модел се дължи на факта, че той предоставя полезно ръководство за частиците от материята, които познаваме. Поколенията могат да се нарекат един от тези важни модели. Изглежда всяка частица от материята може да бъде от три различни версии, които се различават само по маса.
Учените се чудят дали този модел има по-подробно обяснение или е по-лесно да се повярва, че някаква вътрешна истина ще дойде да го замести.
Стандартният модел е меню, съдържащо всички известни основни частици, които вече не могат да бъдат разбити на техните съставни части. Разделя се на фермиони (частици от материята) и бозони (частици, които извършват взаимодействия).
Стандартен модел на елементарни частици и взаимодействия / ALEPH сътрудничество.
Частиците на материята включват шест кварка и шест лептона. Кварците са както следва: отгоре, отдолу, очаровани, странни, истински и очарователни. Обикновено не съществуват отделно, а се групират, за да образуват по-тежки частици като протони и неутрони. Лептоните включват електрони и техните братовчеди, мюони и тау, както и три вида неутрино (електронно неутрино, муонно неутрино и тау неутрино).
Всички горепосочени частици са разделени на три "поколения", които буквално се копират взаимно. Върховите, очаровани и истински кварки имат същия електрически заряд, както и същите слаби и силни взаимодействия: те се различават предимно в масите, които им дава полето Хигс. Същото важи и за надолу, странни и доста кварки, както и за електрон, мюон и тау.
Промоционално видео:
Както бе споменато по-горе, подобни разлики могат да означават нещо, но физиците все още не са разбрали какво. Повечето поколения варират значително по тегло. Например, тау лептон е около 3 600 пъти по-масивен от електрон, а истинският кварк е почти 100 000 пъти по-тежък от нагоре кварк. Тази разлика се проявява в стабилността: по-тежките поколения се разпадат на по-леки, докато стигнат до най-меките състояния, които остават стабилни завинаги (доколкото е известно).
Поколенията играят важна роля в експериментирането. Например, бозонът на Хигс е нестабилна частица, която се разпада на много други частици, включително тау лептони. Оказва се, че поради факта, че тау е най-тежката частица, бозонът на Хигс "предпочита" да се превръща в тау по-често, отколкото в мюони и електрони. Както отбелязват ускорителите на частици, най-добрият начин за изучаване на взаимодействията на полето на Хигс с лептони е чрез наблюдение на разпадането на Хигс бозона в две тау.
Разпад на бозона на Хигс в доста кварки / ATLAS Collaboration / CERN.
Този вид наблюдение е в основата на физиката на Стандартния модел: набучете две или повече частици една срещу друга и вижте кои частици се появяват, след това погледнете в остатъците за шарки - и ако имате късмет, ще видите нещо, което не отговаря на вашата картина.
И макар че неща като тъмната материя и тъмната енергия очевидно не се вписват в съвременните модели, има някои проблеми със самия стандартен модел. Например, според него, неутрино трябва да бъде без маса, но експериментите показаха, че неутрино все още има маса, дори ако е невероятно малка. И за разлика от кварките и електрически заредените лептони, разликата в масите между поколенията неутрино е незначителна, което обяснява колебанията им от един тип в друг.
Като нямат маса, неутрино са неразличими един от друг, с маса - те са различни. Разликата между техните поколения озадачава и теоретиците, и експериментаторите. Както Ричард Руис от Университета в Питсбърг отбеляза, "Има един модел, който ни гледа, но не можем да разберем как точно трябва да се разбира."
Дори и да има само един бог на Хигс - този в стандартния модел - има какво да научим, като наблюдаваме неговите взаимодействия и разпад. Например, проучвайки колко често Хигс бозонът се трансформира в тау в сравнение с други частици, може да тества валидността на Стандартния модел, както и да получи улики за съществуването на други поколения.
Разбира се, почти няма поколения, тъй като четвъртото поколение кварк трябва да бъде много по-тежък, отколкото дори истински кварк. Но аномалиите при разпадането на Хигс говорят много.
Отново днес никой от учените не разбира защо има точно три поколения материални частици. Независимо от това, структурата на Стандартния модел сама по себе си е представа за това, което може да лежи извън него, включително това, което е известно като суперсиметрия. Ако фермионите имат суперсиметрични партньори, те също трябва да са дълги три поколения. Как се разпределят техните маси може да помогне за разбирането на масовото разпределение на фермионите в Стандартния модел, както и защо те се вписват в тези конкретни модели.
Суперсиметрията предполага наличието на по-тежък "суперпартнер" / CERN / IES de SAR за всяка частица от стандартния модел.
Независимо колко поколения частици има във Вселената, самият факт на тяхното присъствие остава загадка. От една страна, „поколенията“не са нищо повече от удобна организация на материални частици в Стандартния модел. Напълно възможно е обаче тази организация да оцелее в една по-дълбока теория (например теория, при която кварките са съставени от още по-малки хипотетични частици - преони), което може да обясни защо кварците и лептоните изглежда формират тези модели.
В крайна сметка, въпреки че стандартният модел все още не е окончателно описание на природата, той си е свършил работата доста добре досега. Колкото повече научната общност се доближава до краищата на картата, начертана от тази теория, толкова по-близо учените стигат до истинско и точно описание на всички частици и техните взаимодействия.
Владимир Гилен
