Okrem temnej hmoty a temnej energie, ktorá nie je pre vedu známa, má štandardný model časticovej fyziky tiež problémy s vysvetlením, prečo fermióny pridávajú až tri takmer totožné súbory.
Pre teóriu, ktorá stále nemá dosť veľké komponenty, bol štandardný model častíc a interakcií pomerne úspešný. Zohľadňuje všetko, s čím sa stretávame každý deň: protóny, neutróny, elektróny a fotóny, ako aj exotiká, ako je Higgsov bozón a pravé kvarky. Teória je však neúplná, pretože nedokáže vysvetliť javy, ako je temná hmota a temná energia.
Úspech štandardného modelu je spôsobený skutočnosťou, že poskytuje užitočný návod pre častice hmoty, ktoré poznáme. Generácie možno nazvať jedným z týchto dôležitých vzorcov. Vyzerá to, že každá častica hmoty môže mať tri rôzne verzie, ktoré sa líšia iba hmotnosťou.
Vedci sa pýtajú, či má tento model podrobnejšie vysvetlenie, alebo či je ľahšie uveriť, že ho nahradí nejaká skrytá pravda.
Štandardný model je ponuka obsahujúca všetky známe základné častice, ktoré už nie je možné rozdeliť na jednotlivé súčasti. Je rozdelený na fermióny (častice hmoty) a bozóny (častice, ktoré nesú interakcie).
Štandardný model elementárnych častíc a interakcií / ALEPH spolupráca.
Častice hmoty zahŕňajú šesť kvarkov a šesť leptonov. Kvarky sú nasledujúce: hore, dole, očarené, čudné, pravdivé a rozkošné. Zvyčajne neexistujú oddelene, ale zoskupujú sa a vytvárajú ťažšie častice, ako sú protóny a neutróny. Leptóny zahŕňajú elektróny a ich bratrance, mióny a tau, ako aj tri typy neutrín (elektrónové neutrino, mionálne neutrino a tau neutrino).
Všetky vyššie uvedené častice sú rozdelené do troch „generácií“, ktoré sa doslova navzájom kopírujú. Vrchné, očarené a pravé kvarky majú rovnaký elektrický náboj, ako aj rovnaké slabé a silné interakcie: primárne sa líšia hmotnosťou, ktorú im poskytuje Higgsovo pole. To isté platí pre dolu, podivné a pekné kvarky, ako aj elektrón, mión a tau.
Propagačné video:
Ako už bolo spomenuté vyššie, také rozdiely môžu niečo znamenať, fyzici však ešte neurčili čo. Hmotnosť väčšiny generácií sa veľmi líši. Napríklad tau leptón je asi 3 600-krát hmotnejší ako elektrón a skutočný kvark je takmer 100 000-krát ťažší ako kvark up. Tento rozdiel sa prejavuje v stabilite: ťažšie generácie sa rozpadnú na ľahšie, až kým nedosiahnu najmírnejšie stavy, ktoré zostávajú navždy stabilné (pokiaľ je známe).
Generácie zohrávajú v experimentovaní dôležitú úlohu. Napríklad Higgsov bozón je nestabilná častica, ktorá sa rozpadá na mnoho ďalších častíc, vrátane tau leptonov. Ukazuje sa, že vzhľadom na skutočnosť, že tau je najťažší z častíc, Higgsov bozón „uprednostňuje“, aby sa z tau stal častejšie ako na mióny a elektróny. Ako poznamenávajú urýchľovače častíc, najlepším spôsobom, ako študovať interakcie Higgsovho poľa s leptónmi, je pozorovať rozklad Higgsovho bozónu na dva tau.
Rozpad Higgsovho bozónu na pekné kvarky / ATLAS Collaboration / CERN.
Tento typ pozorovania je jadrom fyziky štandardného modelu: narazte na seba dve alebo viac častíc a zistite, ktoré častice sa objavia, potom vyhľadajte zvyšky a zistite vzory - a ak budete mať šťastie, uvidíte niečo, čo sa nezmestí na váš obrázok.
A zatiaľ čo veci ako temná hmota a temná energia sa jednoznačne nehodia do moderných modelov, existujú určité problémy so samotným štandardným modelom. Napríklad podľa toho by neutrína mali byť bezhmotné, ale experimenty ukázali, že neutrína stále majú hmotnosť, aj keď je neuveriteľne malá. A na rozdiel od kvarkov a elektricky nabitých leptónov je rozdiel v hmotnosti medzi generáciami neutrín zanedbateľný, čo vysvetľuje ich výkyvy z jedného typu na druhý.
Neutrína, ktorá nemá hmotnosť, sú od seba navzájom nerozoznateľné, hmotnosťou - sú odlišné. Rozdiel medzi ich generáciami puzzluje teoretikov aj experimentátorov. Ako poznamenal Richard Ruiz z University of Pittsburgh, „Existuje vzor, ktorý sa na nás pozerá, ale nemôžeme presne zistiť, ako by sa malo chápať.“
Aj keď existuje len jeden Higgsov bozón - jeden v štandardnom modeli - je potrebné sa veľa naučiť pozorovaním jeho interakcií a úpadku. Napríklad skúmaním toho, ako často sa Higgsov bozón transformuje na tau v porovnaní s inými časticami, sa dá otestovať platnosť štandardného modelu, ako aj získať informácie o existencii iných generácií.
Samozrejme, sotva existuje viac generácií, pretože kvark štvrtej generácie by mal byť oveľa ťažší ako skutočný kvark. Ale anomálie v Higgsovom rozchode hovoria veľa.
Dnes ani jeden z vedcov nechápem, prečo existujú presne tri generácie častíc. Štruktúra štandardného modelu je však sama o sebe stopou toho, čo môže ležať mimo neho, vrátane toho, čo sa nazýva supersymetria. Ak majú fermióny supersymetrických partnerov, musia byť dlhé tri generácie. Ako sú distribuované ich hmotnosti, môže pomôcť pochopiť hromadné rozdelenie fermionov v štandardnom modeli, ako aj prečo zapadajú do týchto konkrétnych vzorov.
Supersymetria predpokladá existenciu ťažšieho „superpartnera“/ CERN / IES de SAR pre každú časticu štandardného modelu.
Bez ohľadu na to, koľko generácií častíc existuje vo vesmíre, samotná skutočnosť ich prítomnosti zostáva záhadou. Na jednej strane „generácie“nie sú ničím iným než praktickým usporiadaním častíc hmoty v štandardnom modeli. Je však celkom možné, že táto organizácia môže prežiť v hlbšej teórii (napríklad v teórii, kde sú kvarky zložené z ešte menších hypotetických častíc - preónov), čo môže vysvetliť, prečo sa zdá, že kvarky a leptóny tvoria tieto vzorce.
Koniec koncov, aj keď štandardný model ešte nie je definitívnym opisom prírody, svoju prácu vykonal doteraz celkom dobre. Čím viac sa vedecká komunita priblíži k okrajom mapy nakreslenej touto teóriou, tým bližšie vedci získajú pravdivý a presný popis všetkých častíc a ich vzájomných pôsobení.
Vladimir Guillen