แบบจำลองมาตรฐานฟิสิกส์อนุภาค รุ่นมาตรฐาน

“เราถามตัวเองว่าทำไมกลุ่มคนที่มีพรสวรรค์และทุ่มเทจึงอุทิศชีวิตเพื่อไล่ตามสิ่งของเล็กๆ น้อยๆ จนมองไม่เห็นด้วยซ้ำ? จริงๆแล้วในชั้นเรียนฟิสิกส์ อนุภาคมูลฐานความอยากรู้อยากเห็นของมนุษย์และความปรารถนาที่จะรู้ว่าโลกที่เราอาศัยอยู่เป็นอย่างไร” ฌอน แคร์โรลล์

หากคุณยังคงกลัววลีกลศาสตร์ควอนตัม แต่ยังไม่รู้ว่าโมเดลมาตรฐานคืออะไร ยินดีต้อนรับสู่แมว ในสิ่งพิมพ์ของฉัน ฉันจะพยายามอธิบายพื้นฐานให้เรียบง่ายและชัดเจนที่สุด โลกควอนตัมเช่นเดียวกับฟิสิกส์ของอนุภาค เราจะพยายามค้นหาว่าเฟอร์มิออนและโบซอนแตกต่างกันอย่างไร ทำไมควาร์กถึงมีชื่อแปลกๆ และสุดท้าย ทำไมใครๆ ถึงอยากค้นหาฮิกส์โบซอนมากนัก

เราทำจากอะไร?

เราจะเริ่มต้นการเดินทางสู่โลกใบเล็กด้วยคำถามง่ายๆ: วัตถุรอบตัวเราทำมาจากอะไร? โลกของเราก็เหมือนกับบ้านที่ประกอบด้วยอิฐก้อนเล็กๆ มากมาย ซึ่งเมื่อรวมกันในลักษณะพิเศษจะทำให้เกิดสิ่งใหม่ๆ ไม่เพียงแต่ รูปร่างแต่ยังอยู่ในคุณสมบัติของมันด้วย ในความเป็นจริง หากคุณมองดูพวกมันอย่างใกล้ชิด คุณจะพบว่ามีบล็อคประเภทต่างๆ ไม่มากนัก พวกมันแค่เชื่อมโยงถึงกันด้วยวิธีที่แตกต่างกันในแต่ละครั้ง ทำให้เกิดรูปแบบและปรากฏการณ์ใหม่ๆ แต่ละบล็อกเป็นอนุภาคมูลฐานที่แบ่งแยกไม่ได้ ซึ่งจะกล่าวถึงในเรื่องราวของฉัน

ตัวอย่างเช่น ลองเอาสารบางตัวมาเป็นองค์ประกอบที่สอง ตารางธาตุเมนเดเลเยฟ ก๊าซเฉื่อย ฮีเลียม- เช่นเดียวกับสสารอื่นๆ ในจักรวาล ฮีเลียมประกอบด้วยโมเลกุลซึ่งในทางกลับกันก็เกิดจากพันธะระหว่างอะตอม แต่ในกรณีนี้ สำหรับเรา ฮีเลียมมีความพิเศษนิดหน่อย เพราะมันประกอบด้วยอะตอมเพียงอะตอมเดียว

อะตอมประกอบด้วยอะไร?

อะตอมของฮีเลียมจะประกอบด้วยนิวตรอนสองตัวและโปรตอนสองตัวซึ่งประกอบเป็นนิวเคลียสของอะตอมซึ่งมีอิเล็กตรอนสองตัวหมุนรอบอยู่ สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือสิ่งเดียวที่แบ่งแยกไม่ได้อย่างแน่นอนในที่นี้ก็คือ อิเล็กตรอน.

ช่วงเวลาที่น่าสนใจของโลกควอนตัม

ยังไง น้อยมวลของอนุภาคมูลฐาน มากกว่าเธอใช้พื้นที่ ด้วยเหตุนี้เองที่อิเล็กตรอนซึ่งเบากว่าโปรตอนถึง 2,000 เท่าจึงครอบครองมาก พื้นที่มากขึ้นเมื่อเทียบกับนิวเคลียสของอะตอม

นิวตรอนและโปรตอนอยู่ในกลุ่มที่เรียกว่า ฮาดรอน(อนุภาคที่สัมผัสกับ ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง) และเพื่อให้แม่นยำยิ่งขึ้น แบริออน.

Hadrons สามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มได้

• แบริออนซึ่งประกอบด้วยควาร์กสามตัว
• มีซอนซึ่งประกอบด้วยคู่อนุภาค-ปฏิปักษ์

ตามชื่อนิวตรอนมีประจุเป็นกลางและสามารถแบ่งออกเป็นควาร์กสองตัวและอัพควาร์กหนึ่งตัว โปรตอนซึ่งเป็นอนุภาคที่มีประจุบวก แบ่งออกเป็นดาวน์ควาร์กหนึ่งตัวและอัพควาร์กสองตัว

ใช่ ฉันไม่ได้ล้อเล่น จริงๆ แล้วมันถูกเรียกว่าบนและล่าง ดูเหมือนว่าถ้าเราค้นพบควาร์กขึ้นและลง และแม้แต่อิเล็กตรอน เราก็สามารถใช้พวกมันเพื่ออธิบายจักรวาลทั้งหมดได้ แต่คำกล่าวนี้จะห่างไกลจากความจริงมาก

ปัญหาหลัก- อนุภาคจะต้องมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน หากโลกประกอบด้วยตรีเอกานุภาพเพียงเท่านี้ (นิวตรอน โปรตอน และอิเล็กตรอน) อนุภาคก็จะลอยไปรอบๆ พื้นที่อันกว้างใหญ่ และจะไม่รวมตัวกันเป็นกลุ่มก้อนที่ใหญ่ขึ้น เช่น ฮาดรอน

เฟอร์มิออนและโบซอน

นานมาแล้ว นักวิทยาศาสตร์ได้คิดค้นรูปแบบการแสดงอนุภาคมูลฐานที่สะดวกและรัดกุมขึ้น ซึ่งเรียกว่าแบบจำลองมาตรฐาน ปรากฎว่าอนุภาคมูลฐานทั้งหมดถูกแบ่งออกเป็น เฟอร์มิออนซึ่งทุกสิ่งประกอบด้วยและ โบซอนที่พกพา ชนิดที่แตกต่างกันปฏิสัมพันธ์ระหว่างเฟอร์มิออน

ความแตกต่างระหว่างกลุ่มเหล่านี้ชัดเจนมาก ความจริงก็คือเฟอร์มิออนจำเป็นต้องมีพื้นที่เพื่อความอยู่รอดตามกฎของโลกควอนตัม แต่สำหรับโบซอนแล้ว การมีพื้นที่ว่างนั้นแทบไม่สำคัญเลย

เฟอร์มิออน

ดังที่ได้กล่าวไปแล้วกลุ่มเฟอร์มิออนสร้างสสารที่มองเห็นได้รอบตัวเรา อะไรก็ตามที่เราเห็น ไม่ว่าเราจะเห็นที่ไหนก็ตาม ก็ถูกสร้างขึ้นโดยเฟอร์มิออน เฟอร์มิออนแบ่งออกเป็น ควาร์กมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างรุนแรงและกักขังอยู่ภายในอนุภาคที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น ฮาดรอน และ เลปตันซึ่งมีอยู่อย่างเสรีในอวกาศโดยเป็นอิสระจากเพื่อนของพวกเขา

ควาร์กแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม

• ประเภทท็อป. ท็อปควาร์กที่มีประจุ +2\3 ได้แก่ ท็อป ควาร์ก และควาร์กที่แท้จริง
• ประเภทด้านล่าง. ควาร์กประเภทต่ำกว่าซึ่งมีประจุ -1\3 ได้แก่ ควาร์กระดับล่าง ควาร์กแปลก และควาร์กชาร์ม

ควาร์กขึ้นและลงเป็นควาร์กที่ใหญ่ที่สุด และควาร์กขึ้นและลงมีขนาดเล็กที่สุด เหตุใดจึงได้รับควาร์กเช่นนี้ ชื่อที่ผิดปกติหรือพูดให้ถูกคือ “รสชาติ” ยังคงเป็นประเด็นถกเถียงสำหรับนักวิทยาศาสตร์

เลปตันส์ยังแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม

• กลุ่มแรกซึ่งมีประจุ “-1” ประกอบด้วย: อิเล็กตรอน มิวออน (อนุภาคที่หนักกว่า) และอนุภาคเทา (มวลมากที่สุด)
• กลุ่มที่สองซึ่งมีประจุเป็นกลางประกอบด้วย: อิเล็กตรอนนิวตริโน มิวออนนิวตริโน และเทานิวตริโน

นิวตริโนเป็นอนุภาคเล็กๆ ของสสารที่แทบจะตรวจไม่พบ ประจุของมันคือ 0 เสมอ

คำถามเกิดขึ้นว่านักฟิสิกส์จะพบอนุภาคอีกหลายรุ่นที่จะมวลมากกว่ารุ่นก่อนๆ หรือไม่ เป็นเรื่องยากที่จะตอบ แต่นักทฤษฎีเชื่อว่ารุ่นของเลปตันและควาร์กนั้นจำกัดอยู่เพียงสามรุ่นเท่านั้น

คุณไม่เห็นความคล้ายคลึงกันบ้างไหม? ทั้งควาร์กและเลปตันแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม ซึ่งต่างกันโดยมีหน้าที่ดูแลต่างกัน แต่เพิ่มเติมในภายหลัง...

โบซอนส์

หากไม่มีพวกมัน เฟอร์มิออนก็จะบินไปรอบจักรวาลอย่างต่อเนื่อง แต่ด้วยการแลกเปลี่ยนโบซอน เฟอร์มิออนจะสื่อสารถึงปฏิสัมพันธ์บางประเภทระหว่างกัน โบซอนเองก็แทบไม่มีปฏิสัมพันธ์กัน
ในความเป็นจริง โบซอนบางตัวยังคงมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน แต่จะมีการหารือในรายละเอียดเพิ่มเติมในบทความในอนาคตเกี่ยวกับปัญหาของไมโครเวิลด์

ปฏิสัมพันธ์ที่ส่งโดยโบซอนคือ:

• แม่เหล็กไฟฟ้า, อนุภาคคือโฟตอน แสงถูกส่งผ่านโดยใช้อนุภาคไร้มวลเหล่านี้
• นิวเคลียร์ที่แข็งแกร่ง, อนุภาคคือกลูออน ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา ควาร์กจากนิวเคลียสของอะตอมจะไม่แตกตัวเป็นอนุภาคเดี่ยวๆ
• นิวเคลียร์ที่อ่อนแอ, อนุภาค - ±W และ Z โบซอน ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา เฟอร์มิออนจะถ่ายเทมวล พลังงาน และสามารถแปลงร่างเป็นกันและกันได้
• แรงโน้มถ่วง , อนุภาค - กราวิตอน- พลังที่อ่อนแออย่างยิ่งในระดับพิภพเล็ก ๆ มองเห็นได้เฉพาะบนวัตถุมวลมหาศาลเท่านั้น

ประโยคเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง
การมีอยู่ของกราวิตอนยังไม่ได้รับการยืนยันจากการทดลอง มีอยู่ในรูปแบบทางทฤษฎีเท่านั้น ในกรณีส่วนใหญ่จะไม่พิจารณาในรูปแบบมาตรฐาน

เพียงเท่านี้ก็ประกอบโมเดลมาตรฐานแล้ว

ปัญหาเพิ่งเริ่มต้น

แม้จะมีการแสดงอนุภาคที่สวยงามมากในแผนภาพ แต่ก็ยังมีคำถามสองข้อ อนุภาคได้มวลมาจากไหน และคืออะไร? ฮิกส์ โบซอนซึ่งโดดเด่นกว่าโบซอนที่เหลือ

เพื่อที่จะเข้าใจแนวคิดในการใช้ฮิกส์โบซอนเราต้องหันมาใช้ ทฤษฎีควอนตัมสาขา การพูด ในภาษาง่ายๆอาจเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าโลกทั้งใบหรือจักรวาลทั้งหมดไม่ได้ประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กที่สุด แต่ประกอบด้วยสาขาต่างๆ มากมาย เช่น กลูออน ควาร์ก อิเล็กตรอน แม่เหล็กไฟฟ้า ฯลฯ ในทุกสาขาเหล่านี้ มีความผันผวนเล็กน้อยเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่เรารับรู้ว่าสิ่งที่แข็งแกร่งที่สุดนั้นเป็นอนุภาคมูลฐาน ใช่ และวิทยานิพนธ์ฉบับนี้มีข้อโต้แย้งอย่างมาก จากมุมมองของทวินิยมของคลื่นอนุภาคซึ่งเป็นวัตถุเดียวกันของโลกใบเล็กใน สถานการณ์ที่แตกต่างกันทำตัวเหมือนคลื่นหรือเหมือนอนุภาคมูลฐานนั้นขึ้นอยู่กับว่าจะสะดวกกว่าสำหรับนักฟิสิกส์ที่สังเกตกระบวนการในการสร้างแบบจำลองสถานการณ์อย่างไร

สนามฮิกส์

ปรากฎว่ามีสิ่งที่เรียกว่าฟิลด์ Higgs ซึ่งเป็นค่าเฉลี่ยที่ไม่ต้องการเข้าใกล้ศูนย์ ผลก็คือ สนามนี้พยายามรับค่าคงที่ที่ไม่ใช่ศูนย์ทั่วทั้งจักรวาล สนามนี้ประกอบขึ้นเป็นพื้นหลังที่อยู่ทั่วไปทุกหนทุกแห่งและคงที่ ซึ่งเป็นผลมาจากการแกว่งที่รุนแรงของฮิกส์โบซอนปรากฏขึ้น
และต้องขอบคุณสนามฮิกส์ที่ทำให้อนุภาคมีมวล
มวลของอนุภาคมูลฐานขึ้นอยู่กับว่ามันมีปฏิสัมพันธ์กับสนามฮิกส์แรงแค่ไหนบินอยู่ข้างในอย่างต่อเนื่อง
และเป็นเพราะฮิกส์โบซอน หรือแม่นยำกว่าเพราะสนามของมัน แบบจำลองมาตรฐานจึงมีกลุ่มอนุภาคที่คล้ายกันมากมาย สนามฮิกส์บังคับให้สร้างอนุภาคเพิ่มเติมมากมาย เช่น นิวตริโน

ผลลัพธ์

สิ่งที่ผมได้แบ่งปันคือแนวคิดที่ผิวเผินที่สุดเกี่ยวกับธรรมชาติของแบบจำลองมาตรฐาน และสาเหตุที่เราต้องการ Higgs Boson นักวิทยาศาสตร์บางคนยังคงหวังลึกๆ ว่าอนุภาคคล้ายฮิกส์ที่พบในปี 2012 ที่ LHC เป็นเพียงข้อผิดพลาดทางสถิติ ท้ายที่สุดแล้ว สนามฮิกส์ได้ทำลายความสมมาตรที่สวยงามของธรรมชาติหลายประการ ทำให้การคำนวณของนักฟิสิกส์สับสนมากขึ้น
บางคนถึงกับเชื่อว่าโมเดลมาตรฐานกำลังจะสิ้นสุดลงแล้ว ปีที่ผ่านมาเพราะความไม่สมบูรณ์แบบของมัน แต่สิ่งนี้ไม่ได้รับการพิสูจน์จากการทดลอง และแบบจำลองมาตรฐานของอนุภาคมูลฐานยังคงเป็นตัวอย่างการทำงานของอัจฉริยะทางความคิดของมนุษย์

ในระดับพิภพเล็ก ความแตกต่างระหว่างอนุภาคของสสารและอนุภาค (ควอนตัม) ของสนามข้อมูลจะหายไปจริง ๆ ดังนั้นตามการยอมรับโดยทั่วไปในปัจจุบัน รุ่นมาตรฐานอนุภาคมูลฐานทั้งหมดที่ทราบจนถึงปัจจุบันแบ่งออกเป็นสองชั้นใหญ่: อนุภาค - แหล่งที่มาของการโต้ตอบและอนุภาค - พาหะของการโต้ตอบ (รูปที่ 8.1) ในทางกลับกัน อนุภาคของชั้นหนึ่งจะถูกแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม ต่างกันตรงที่อนุภาคของกลุ่มแรกคือ ฮาดรอน 1 - มีส่วนร่วมในการโต้ตอบพื้นฐานทั้งสี่ รวมถึงปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงและอนุภาคของกลุ่มที่สอง - เลปตัน- อย่ามีส่วนร่วมในการมีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง ฮาดรอนประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานที่แตกต่างกันจำนวนมาก ซึ่งส่วนใหญ่มี "สองเท่า" ของตัวเอง - ต่อต้านอนุภาค- ตามกฎแล้ว อนุภาคเหล่านี้มีขนาดค่อนข้างใหญ่และมีอายุการใช้งานสั้น ข้อยกเว้นคือนิวคลีออน และเชื่อกันว่าอายุของโปรตอนมีอายุเกินอายุของจักรวาล เลปตันเป็นอนุภาคมูลฐาน 6 อนุภาค ได้แก่ อิเล็กตรอน อี มึน และ เทาน์ เช่นเดียวกับสามสิ่งที่เกี่ยวข้องกัน นิวตริโน จ,   และ   . นอกจากนี้แต่ละอนุภาคเหล่านี้ยังมี "สองเท่า" ของตัวเองซึ่งเป็นปฏิปักษ์ที่สอดคล้องกัน เลปตอนทั้งหมดมีความคล้ายคลึงกันมากในคุณสมบัติบางอย่างที่เฉพาะเจาะจงในระดับไมโครเวิลด์ ซึ่งมิวออนและเทาออนสามารถเรียกได้ว่าเป็นอิเล็กตรอนหนัก และนิวตริโนสามารถถูกเรียกว่าอิเล็กตรอนที่ประจุและมวล "หายไป" ในเวลาเดียวกัน มิวออนและเทาออนต่างจากอิเล็กตรอนตรงที่มีกัมมันตภาพรังสี และนิวตริโนทั้งหมดมีปฏิกิริยากับสสารน้อยมาก ดังนั้นจึงเข้าใจได้ยาก เช่น กระแสของพวกมันไหลผ่านดวงอาทิตย์ในทางปฏิบัติโดยไม่ทำให้อ่อนลง โปรดทราบว่านิวตริโนใน เมื่อเร็วๆ นี้ดึงดูดความสนใจอย่างมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกี่ยวข้องกับปัญหาจักรวาลวิทยาเนื่องจากเชื่อกันว่าส่วนสำคัญของมวลของจักรวาลนั้นกระจุกตัวอยู่ในฟลักซ์นิวตริโน

สำหรับฮาดรอน เมื่อประมาณ 30 ปีที่แล้ว นักฟิสิกส์ได้ค้นพบ "พื้น" อีกอันในโครงสร้างของพวกเขา แบบจำลองมาตรฐานที่อยู่ระหว่างการพิจารณาจะถือว่าแฮดรอนทั้งหมดซ้อนทับกันจากหลาย ๆ อัน ควาร์กและ โบราณวัตถุ- ควาร์กมีคุณสมบัติแตกต่างกัน ซึ่งหลายอย่างไม่มีความคล้ายคลึงกันในจักรวาลมหภาค ควาร์กที่แตกต่างกันถูกกำหนดด้วยตัวอักษรละติน: u (“ขึ้น”), d (“ลง”), c (“เสน่ห์”), b (“ความงาม”), s (“แปลก”), t (“ความจริง”) "). นอกจาก,

รูปที่ 8.1. แบบจำลองมาตรฐานของอนุภาคมูลฐาน

ควาร์กแต่ละชนิดที่อยู่ในรายการสามารถดำรงอยู่ในสถานะได้ 3 สถานะ เรียกว่า " สี": “สีน้ำเงิน”, “สีเขียว” และ “สีแดง” ช่วงนี้กลายเป็นเรื่องธรรมดาที่จะพูดถึง” กลิ่นหอม"ควาร์ก - นี่คือชื่อของพารามิเตอร์ทั้งหมดที่ไม่ขึ้นอยู่กับ "สี" แน่นอนว่าคำศัพท์ทั้งหมดนี้ไม่เกี่ยวข้องกับความหมายปกติของคำที่เกี่ยวข้อง คำศัพท์ทางวิทยาศาสตร์โดยสมบูรณ์เหล่านี้แสดงถึงลักษณะทางกายภาพซึ่งตามกฎแล้วไม่สามารถตีความด้วยตาเปล่าได้ สันนิษฐานว่าควาร์กมีประจุไฟฟ้าแบบเศษส่วน (-e/3 และ +2e/3 โดยที่ e = 1.6  10 -19 C คือประจุของอิเล็กตรอน) และมีปฏิกิริยาระหว่างกันด้วย "แรง" ที่เพิ่มขึ้นตามระยะทาง ดังนั้นควาร์กจึงไม่สามารถ "แตกหัก" ได้ แต่ไม่สามารถแยกออกจากกันได้ ในแง่หนึ่ง ควาร์กเป็นอนุภาคมูลฐาน "ของจริง" หรือ "ของจริง" สำหรับสสารในรูปแบบแฮโดรนิก ทฤษฎีที่อธิบายพฤติกรรมและคุณสมบัติของควาร์กเรียกว่า โครโมไดนามิกส์ควอนตัม.

อนุภาคที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบ ได้แก่ แปด กลูออน(จาก คำภาษาอังกฤษกาว - กาว) รับผิดชอบต่อปฏิกิริยาที่รุนแรงของควาร์กและแอนติควาร์ก โฟตอนดำเนินการปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า โบซอนระดับกลางซึ่งมีการแลกเปลี่ยนกันระหว่างอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์น้อย และ กราวิตันมีส่วนร่วมในปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงสากลระหว่างอนุภาคทั้งหมด

สสารทั้งหมดประกอบด้วยควาร์ก เลปตัน และอนุภาค ซึ่งเป็นพาหะของปฏิกิริยา

ปัจจุบัน แบบจำลองมาตรฐานเรียกว่าทฤษฎีที่สะท้อนความคิดของเราเกี่ยวกับแหล่งที่มาของจักรวาลได้ดีที่สุด นอกจากนี้ยังอธิบายว่าสสารก่อตัวจากองค์ประกอบพื้นฐานเหล่านี้ได้อย่างไร รวมถึงแรงและกลไกของการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกัน

จากมุมมองเชิงโครงสร้าง อนุภาคมูลฐานที่ประกอบเป็นนิวเคลียสของอะตอม ( นิวเคลียส) และโดยทั่วไปแล้วอนุภาคหนักทั้งหมด - ฮาดรอน (แบริออนและ มีซอน) - ประกอบด้วยอนุภาคที่เรียบง่ายกว่าซึ่งมักเรียกว่าพื้นฐาน บทบาทขององค์ประกอบปฐมภูมิพื้นฐานของสสารอย่างแท้จริงนี้มีบทบาทโดย ควาร์กซึ่งมีประจุไฟฟ้าเท่ากับ 2/3 หรือ –1/3 ของหน่วยประจุบวกของโปรตอน ควาร์กที่พบมากที่สุดและเบาที่สุดเรียกว่าควาร์ก สูงสุดและ ต่ำกว่าและแสดงถึงตามลำดับ ยู(จากอังกฤษ ขึ้น) และ ง(ลง- บางครั้งก็เรียกว่า โปรตอนและ นิวตรอนควาร์กเนื่องจากโปรตอนประกอบด้วยสารผสม อุ๊ยและนิวตรอน- อุ๊ดท็อปควาร์กมีประจุ 2/3; ด้านล่าง - ประจุลบ –1/3 เนื่องจากโปรตอนประกอบด้วยอัพควาร์ก 2 ตัวและดาวน์ควาร์ก 1 ตัว และนิวตรอนประกอบด้วยควาร์กขึ้น 1 ตัวและดาวน์ 2 ตัว คุณจึงสามารถตรวจสอบได้อย่างอิสระว่าประจุรวมของโปรตอนและนิวตรอนเท่ากับ 1 และ 0 อย่างเคร่งครัด และตรวจดูให้แน่ใจว่า โมเดลมาตรฐานอธิบายความเป็นจริงได้อย่างเพียงพอ ควาร์กอีกสองคู่เป็นส่วนหนึ่งของอนุภาคที่แปลกใหม่กว่า ควาร์กจากคู่ที่สองเรียกว่า หลงเสน่ห์ - ค(จาก มีเสน่ห์) และ แปลก - ส(จาก แปลก- คู่ที่ 3 คือ จริง - ที(จาก ความจริงหรือเป็นภาษาอังกฤษ ประเพณี สูงสุด) และ สวย - ข(จาก ความงามหรือเป็นภาษาอังกฤษ ประเพณี ด้านล่าง) ควาร์ก อนุภาคเกือบทั้งหมดที่แบบจำลองมาตรฐานทำนายไว้และประกอบด้วยควาร์กหลายตัวรวมกันได้ถูกค้นพบจากการทดลองแล้ว

อาคารอีกชุดประกอบด้วยอิฐที่เรียกว่า เลปตันเลปตันที่พบมากที่สุด - คุ้นเคยกับเรามานานแล้ว อิเล็กตรอนรวมอยู่ในโครงสร้างของอะตอม แต่ไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยานิวเคลียร์ โดยถูกจำกัดอยู่แค่ระหว่างอะตอมเท่านั้น นอกจากนั้น (และปฏิปักษ์คู่ของมันที่เรียกว่า โพซิตรอน) เลปตอนประกอบด้วยอนุภาคที่หนักกว่า - มิวออนและเทาเลปตันที่มีปฏิปักษ์ นอกจากนี้ เลปตันแต่ละตัวยังสัมพันธ์กับอนุภาคไม่มีประจุของมันเองซึ่งมีมวลนิ่งเป็นศูนย์ (หรือเกือบเป็นศูนย์) อนุภาคดังกล่าวเรียกว่าอิเล็กตรอน มิวออน หรือเทาออนตามลำดับ นิวตริโน.

ดังนั้นเลปตันก็เหมือนกับควาร์กที่ก่อตัวเป็น "คู่ครอบครัว" สามคู่เช่นกัน ความสมมาตรนี้ไม่ได้หลุดพ้นจากสายตาของผู้สังเกตการณ์ของนักทฤษฎี แต่ยังไม่มีการเสนอคำอธิบายที่น่าเชื่อถือ อย่างไรก็ตาม ควาร์กและเลปตันเป็นตัวแทนของวัสดุก่อสร้างพื้นฐานของจักรวาล

เพื่อทำความเข้าใจอีกด้านหนึ่งของเหรียญ - ธรรมชาติของแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างควาร์กและเลปตัน - คุณต้องเข้าใจว่านักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีสมัยใหม่ตีความแนวคิดเรื่องแรงอย่างไร การเปรียบเทียบจะช่วยเราในเรื่องนี้ ลองนึกภาพคนพายเรือสองคนพายเรือไปในทิศทางตรงกันข้ามในแม่น้ำแคมในเคมบริดจ์ ด้วยความเอื้ออาทรนักพายเรือคนหนึ่งจึงตัดสินใจเลี้ยงแชมเปญแก่เพื่อนร่วมงานและเมื่อพวกเขาแล่นผ่านกันและกันก็โยนแชมเปญเต็มขวดให้เขา ตามกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม เมื่อนักพายเรือคนแรกขว้างขวด วิถีเรือของเขาเบี่ยงเบนไปจากแนวตรงไปในทิศทางตรงกันข้าม และเมื่อคนพายที่สองจับขวดได้ โมเมนตัมของเรือก็โอนไปยังเขา และเรือลำที่สองก็เบี่ยงเบนไปจากเส้นทางตรงแต่ไปในทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้นผลจากการแลกเปลี่ยนแชมเปญ เรือทั้งสองลำจึงเปลี่ยนทิศทาง ตามกฎกลศาสตร์ของนิวตัน นั่นหมายความว่าปฏิกิริยาโต้ตอบของแรงเกิดขึ้นระหว่างเรือ แต่เรือไม่ได้สัมผัสกันโดยตรงเหรอ? ที่นี่เราทั้งสองมองเห็นได้ชัดเจนและเข้าใจโดยสัญชาตญาณว่าพลังแห่งปฏิสัมพันธ์ระหว่างเรือถูกส่งโดยผู้ส่งแรงกระตุ้น - ขวดแชมเปญ นักฟิสิกส์จะเรียกมันว่า ผู้ให้บริการปฏิสัมพันธ์

ในทำนองเดียวกัน ปฏิกิริยาระหว่างแรงระหว่างอนุภาคเกิดขึ้นผ่านการแลกเปลี่ยนอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ ในความเป็นจริง เราสร้างความแตกต่างระหว่างแรงพื้นฐานของอันตรกิริยาระหว่างอนุภาคตราบเท่าที่อนุภาคต่าง ๆ ทำหน้าที่เป็นพาหะของอันตรกิริยาเหล่านี้ การโต้ตอบดังกล่าวมีสี่ประการ: แข็งแกร่ง(นี่คือสิ่งที่กักเก็บควาร์กไว้ภายในอนุภาค) แม่เหล็กไฟฟ้า, อ่อนแอ(นี่คือสิ่งที่นำไปสู่การสลายกัมมันตภาพรังสีบางรูปแบบ) และ แรงโน้มถ่วงพาหะของการโต้ตอบของสีที่รุนแรงคือ กลูออนโดยไม่มีมวลหรือประจุไฟฟ้า ปฏิกิริยาประเภทนี้อธิบายได้ด้วยโครโมไดนามิกส์ควอนตัม ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นผ่านการแลกเปลี่ยนควอนตัม รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเรียกว่า โฟตอนและไม่มีมวลด้วย . ในทางกลับกัน ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอนั้นจะถูกส่งผ่านโดยมวลมหาศาล เวกเตอร์หรือ เกจโบซอนซึ่ง "มีน้ำหนัก" มากกว่าโปรตอน 80-90 เท่า ถูกค้นพบครั้งแรกในสภาพห้องปฏิบัติการในช่วงต้นทศวรรษ 1980 เท่านั้น ในที่สุด ปฏิกิริยาโน้มถ่วงจะถูกส่งผ่านการแลกเปลี่ยนวัตถุที่ไม่มีมวลของตัวเอง กราวิตอน- ตัวกลางเหล่านี้ยังไม่ถูกตรวจพบการทดลอง

ภายในกรอบของแบบจำลองมาตรฐาน ปฏิสัมพันธ์พื้นฐานสามประเภทแรกได้ถูกรวมเข้าด้วยกัน และไม่ได้รับการพิจารณาแยกกันอีกต่อไป แต่จะถือว่าเป็นการแสดงพลังที่แตกต่างกันสามลักษณะที่แตกต่างกัน เมื่อกลับไปสู่การเปรียบเทียบ สมมติว่านักพายอีกคู่หนึ่งเดินผ่านกันในแม่น้ำแคม โดยไม่ได้แลกแชมเปญหนึ่งขวด แต่เป็นเพียงไอศกรีมหนึ่งแก้ว จะทำให้เรือเบี่ยงเบนไปจากเส้นทางด้วย ฝั่งตรงข้ามแต่อ่อนแอกว่ามาก สำหรับผู้สังเกตการณ์ภายนอกอาจดูเหมือนว่าในสองกรณีนี้มีการกระทำระหว่างเรือ กองกำลังที่แตกต่างกัน: ในกรณีแรกมีการแลกเปลี่ยนของเหลว (ฉันแนะนำว่าอย่าคำนึงถึงขวดเนื่องจากพวกเราส่วนใหญ่สนใจในเนื้อหา) และอย่างที่สองคือร่างกายแข็ง (ไอศกรีม) ทีนี้ลองจินตนาการว่าวันนั้นในเคมบริดจ์มีเหตุการณ์ที่หายาก สถานที่ทางตอนเหนือ ฤดูร้อนและไอศกรีมก็ละลายไปในอากาศ นั่นคืออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยก็เพียงพอที่จะเข้าใจว่าอันที่จริงปฏิสัมพันธ์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับว่าวัตถุของเหลวหรือของแข็งทำหน้าที่เป็นพาหะของมันหรือไม่ เหตุผลเดียวเท่านั้นซึ่งสำหรับเราแล้วดูเหมือนว่าแรงที่แตกต่างกันจะกระทำระหว่างเรือ ซึ่งประกอบด้วยความแตกต่างภายนอกของภาชนะใส่ไอศกรีม ซึ่งเกิดจากอุณหภูมิไม่เพียงพอต่อการละลาย เพิ่มอุณหภูมิ - และแรงปฏิสัมพันธ์จะปรากฏเป็นอันหนึ่งอันเดียวกันอย่างชัดเจน

พลังที่กระทำในจักรวาลยังหลอมรวมเข้าด้วยกันที่ปฏิสัมพันธ์ที่มีพลังงานสูง (อุณหภูมิ) หลังจากนั้นจึงไม่สามารถแยกแยะได้ อันดับแรก รวมกัน(นั่นคือสิ่งที่เรียกกันทั่วไปว่า) ปฏิกิริยานิวเคลียร์และแม่เหล็กไฟฟ้าที่อ่อนแอ เป็นผลให้เราได้รับสิ่งที่เรียกว่า ปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าอ่อนซึ่งสังเกตได้แม้กระทั่งในห้องปฏิบัติการที่พลังงานที่พัฒนาโดยเครื่องเร่งอนุภาคสมัยใหม่ ในจักรวาลยุคแรก พลังงานมีสูงมากจนในช่วง 10-10 วินาทีแรกหลังจากบิ๊กแบง ไม่มีเส้นแบ่งระหว่างแรงนิวเคลียร์และแรงแม่เหล็กไฟฟ้าอ่อน หลังจากที่อุณหภูมิเฉลี่ยของเอกภพลดลงเหลือ 10 14 K เท่านั้น ปฏิกิริยาระหว่างแรงทั้งสี่ที่สังเกตได้ในปัจจุบันก็แยกจากกันและเข้าสู่รูปแบบสมัยใหม่ ในขณะที่อุณหภูมิสูงกว่าเครื่องหมายนี้ มีเพียง 3 แรงพื้นฐานเท่านั้นที่ทำงานอยู่ ได้แก่ แรงที่แรง แรงไฟฟ้าอ่อน และแรงดึงดูดรวมกัน

การรวมกันของปฏิกิริยาทางไฟฟ้าที่อ่อนแอและปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่รุนแรงเกิดขึ้นที่อุณหภูมิประมาณ 10 27 K ภายใต้สภาวะห้องปฏิบัติการ พลังงานดังกล่าวไม่สามารถบรรลุได้ในปัจจุบัน เครื่องเร่งอนุภาคสมัยใหม่ที่ทรงพลังที่สุด - เครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่ที่กำลังก่อสร้างอยู่บริเวณชายแดนฝรั่งเศสและสวิตเซอร์แลนด์ - จะสามารถเร่งอนุภาคให้เป็นพลังงานได้เพียง 0.000000001% ของพลังงานที่จำเป็นในการรวมแรงไฟฟ้าที่อ่อนแอและแรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งเข้าด้วยกัน ดังนั้นเราอาจต้องรอเป็นเวลานานเพื่อยืนยันการทดลองของการรวมกันนี้ ไม่มีพลังงานดังกล่าวในจักรวาลสมัยใหม่ อย่างไรก็ตามในช่วง 10–35 วินาทีแรกของการดำรงอยู่ อุณหภูมิของจักรวาลสูงกว่า 10 27 K และมีเพียงสองกองกำลังเท่านั้นที่กระทำในจักรวาล - แรงไฟฟ้าและปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง ทฤษฎีที่อธิบายกระบวนการเหล่านี้เรียกว่า "ทฤษฎีรวมใหญ่" (GUT) ไม่สามารถตรวจสอบ GUT ได้โดยตรง แต่ยังทำการคาดการณ์บางอย่างเกี่ยวกับกระบวนการที่เกิดขึ้นที่พลังงานต่ำกว่า จนถึงปัจจุบัน TVO คาดการณ์ค่อนข้างมาก อุณหภูมิต่ำและพลังงานได้รับการยืนยันจากการทดลอง

ดังนั้น แบบจำลองมาตรฐานในรูปแบบทั่วไปจึงเป็นทฤษฎีเกี่ยวกับโครงสร้างของจักรวาล ซึ่งสสารประกอบด้วยควาร์กและเลปตัน และปฏิกิริยาระหว่างกันที่รุนแรง แม่เหล็กไฟฟ้า และอ่อนแรงระหว่างพวกมัน อธิบายไว้ในทฤษฎีการรวมชาติอันยิ่งใหญ่ เห็นได้ชัดว่าแบบจำลองดังกล่าวไม่สมบูรณ์ เนื่องจากไม่มีแรงโน้มถ่วง สันนิษฐานว่าในที่สุดทฤษฎีที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นก็จะได้รับการพัฒนา ( ซม.ทฤษฎีสากล) และในปัจจุบัน Standard Model เป็นสิ่งที่ดีที่สุดที่เรามี

"องค์ประกอบ"

แบบจำลองมาตรฐานของการโต้ตอบขั้นพื้นฐาน

ในฟิสิกส์อนุภาค

ปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน

โดย ความคิดที่ทันสมัยกระบวนการที่รู้จักทั้งหมดในปัจจุบันลดลงเหลือการโต้ตอบ 4 ประเภทซึ่งเรียกว่าพื้นฐาน (ตารางที่ 1)

ตารางที่ 1. ปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน

การโต้ตอบ (ฟิลด์)	คงที่ การโต้ตอบ	การโต้ตอบ	ลักษณะเฉพาะ	อนุภาค-พาหะ (ควอนตัมภาคสนาม)
				ชื่อ
แรงโน้มถ่วง				กราวิตัน(?)
		10 -17 ... 10 -18 ม		W + , W - - โบซอน Z 0 - โบซอน
แม่เหล็กไฟฟ้า
		10 -14 ... 10 -15 ม

ในฟิสิกส์ควอนตัม แต่ละอนุภาคมูลฐานคือควอนตัมของสนามใดสนามหนึ่ง และในทางกลับกัน แต่ละสนามก็มีอนุภาคควอนตัมของตัวเอง พลังงานและโมเมนตัมของแต่ละสนามประกอบด้วยส่วนต่างๆ มากมาย ซึ่งก็คือควอนตัม ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดและศึกษาได้ดีที่สุด: สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและควอนตัม - โฟตอน ควอนตัมของปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงคือกลูออน ควอนตัมของสาขาปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ - เกจโบซอน ว ± และ ซี 0 - อนุภาคทั้งหมดเหล่านี้ถูกค้นพบโดยการทดลองและมีการศึกษาคุณสมบัติของพวกมันอย่างดี พาหะของอันตรกิริยาโน้มถ่วงคือกราวิตอน ซึ่งเป็นอนุภาคสมมุติที่ยังไม่ได้ถูกตรวจพบในการทดลอง ควอนตัมพาหะสนามมีการหมุนทั้งหมด เช่น คืออนุภาคโบส (bosons) ซึ่งสะท้อนอยู่ในชื่อของอนุภาคบางส่วน

เครื่องเร่งความเร็วที่ทันสมัยเครื่องเร่งความเร็วสมัยใหม่ทุกตัวเป็นแบบชนกัน (เช่น ใช้คานชนกัน)

ตารางที่ 2. ตัวเร่งความเร็วที่ใหญ่ที่สุด

ชื่อคันเร่ง	อนุภาคเร่ง	พลังงานสูงสุด	เริ่มต้นปี	ความยาวห้องเร่งความเร็ว
	โปรตอน-แอนติโปรตอน
(เชิงเส้น)	อิเล็กตรอนโพซิตรอน
	อิเล็กตรอนโพซิตรอน	100 + 100 GeV			สวิตเซอร์แลนด์
	อิเล็กตรอนโปรตอน	30 GeV + 920 GeV			เยอรมนี
	อิเล็กตรอนโพซิตรอน
	โปรตอน - โปรตอน				สวิตเซอร์แลนด์
(เชิงเส้น)	อิเล็กตรอนโพซิตรอน	500 + 500 GeV	อยู่ระหว่างการก่อสร้าง		เยอรมนี
	โปรตอน - โปรตอน		อยู่ระหว่างการก่อสร้าง

เนื่องจากควาร์กและกลูออนมีปฏิกิริยาต่อกันแรงกว่าอิเล็กตรอนและโพซิตรอน และเนื่องจากพลังงานของเครื่องเร่งโปรตอน-โปรตอนสูงกว่า เหตุการณ์ต่างๆ มากมายจึงเกิดขึ้นในการชนกันของโปรตอน-โปรตอนมากกว่าการชนกันของอิเล็กตรอน มีทั้งข้อดีและข้อเสีย ข้อเสียคือแยกปฏิกิริยาที่ต้องการได้ยากกว่า ดังนั้นเครื่องชนโปรตอน-โปรตอนจึงเรียกว่าเครื่องค้นพบ และเครื่องชนกันของอิเล็กตรอน-โพซิตรอนเรียกว่าเครื่องวัดที่มีความแม่นยำ

รุ่นมาตรฐาน.

ในปัจจุบัน คำอธิบายควอนตัมของปฏิกิริยาพื้นฐานสามในสี่ประการได้รับการพัฒนา ได้แก่ แรง แม่เหล็กไฟฟ้า และปฏิกิริยาอ่อน และยังแสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยาระหว่างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีต้นกำเนิดร่วมกันจริงๆ (อันตรกิริยาคลื่นไฟฟ้า) การตกลงกับการทดลองจะสังเกตได้ไกลถึง 10 -18 เมตร ซึ่งเป็นขีดจำกัดสำหรับเทคโนโลยีการทดลองสมัยใหม่ ดังนั้นทฤษฎีของปฏิสัมพันธ์ที่ไม่แรงโน้มถ่วงสามรายการรวมถึงอนุภาคพื้นฐาน 12 ตัวที่มีส่วนร่วม (ตารางที่ 2) จึงถูกเรียกว่า รุ่นมาตรฐานฟิสิกส์ของอนุภาค

ตารางที่ 3. อนุภาคพื้นฐาน

	มาสซ่า, มาฟ		มาสซ่า, มาฟ		มาสซ่า, มาฟ
อิเล็กตรอน
อิเล็กตรอนนิวตริโน		มิวออนนิวทริโน		นิวตริโนลับ

สมมาตรและความคงที่

ในกรณีที่สถานะของระบบไม่เปลี่ยนแปลงอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงใดๆ ระบบจะถือว่ามีความสมมาตรเมื่อเทียบกับการเปลี่ยนแปลงนี้ แนวคิดเรื่องสมมาตรมีความสำคัญมากในฟิสิกส์อนุภาคเพราะว่า สมมาตรแต่ละประเภทมีกฎการอนุรักษ์ของตัวเองและในทางกลับกัน กฎการอนุรักษ์แต่ละข้อของปริมาณทางกายภาพจะมีสมมาตรที่สอดคล้องกันในตัวเอง ความเชื่อมโยงระหว่างความสมมาตรของเวลาและพื้นที่ที่เกี่ยวข้องกับการเลื่อน (ความเป็นเนื้อเดียวกัน) และการหมุน (ไอโซโทรปี) กับกฎการอนุรักษ์พลังงาน โมเมนตัม และโมเมนตัมเชิงมุมเป็นที่รู้จักกันดี กฎหมายเหล่านี้เป็นกฎหมายสากล กล่าวคือ ดำเนินการในการโต้ตอบทุกประเภท

นอกจากสมมาตรที่รู้จักกันดีเหล่านี้แล้ว ยังมีสิ่งที่เรียกว่า "สมมาตรภายใน" ซึ่งในฟิสิกส์ของอนุภาคเรียกว่า "สมมาตรเกจ (หรือค่าคงที่)" ในฟิสิกส์ควอนตัม มีความแปรปรวนของเกจต่อการเปลี่ยนแปลงในเฟสของฟังก์ชันคลื่น เนื่องจาก ไม่มีทางที่จะกำหนดค่าสัมบูรณ์ของเฟสของฟังก์ชันนี้ได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง กลศาสตร์ควอนตัมจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเทียบกับการเปลี่ยนแปลงตามอำเภอใจในเฟสของฟังก์ชันคลื่นด้วยค่าคงที่ กล่าวคือ การทดแทน ψ บน ψ· ประสบการณ์(ฉัน ) ให้สิ่งนั้น  = ค่าคงที่- สิ่งนี้เรียกว่า "สมมาตรเกจโกลบอล" ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงเฟสของฟังก์ชันคลื่นด้วยปริมาณเท่ากันตลอดทุกปริภูมิและตลอดเวลา ค่าคงที่นี้ชัดเจนเพราะว่า ปัจจัย ประสบการณ์(ฉัน ) เมื่อแทนฟังก์ชันคลื่นที่ถูกดัดแปลงลงในสมการชโรดิงเงอร์

สามารถย่อให้สั้นลงได้

ถ้าเฟส  ไม่เท่ากับค่าคงที่ แต่เป็นฟังก์ชันตามอำเภอใจของพิกัดและเวลา ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเรียกว่าท้องถิ่น เมื่อเปลี่ยน ψ บน ψ· ประสบการณ์(ฉัน (ร, ที)) แน่นอนว่าสมการชโรดิงเงอร์จะเปลี่ยนไป แต่ก็สามารถคงไว้ไม่เปลี่ยนแปลงได้หากมีการใส่สนามชดเชยเข้าไปในนั้น: เวกเตอร์สี่มิติ ( φ (ร, ที), ก (ร, ที)) ซึ่งเป็นชุดของศักย์สเกลาร์และเวกเตอร์ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งควอนตัมคือโฟตอน นี่คือแนวคิดหลักของคำอธิบายควอนตัมของการโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้า (QED)

ฮิกส์ โบซอน.

แนวคิดที่คล้ายกันนี้ใช้ในการสร้างทฤษฎีของการโต้ตอบทั้งหมด และประเภทของสมมาตรที่สอดคล้องกันเรียกว่า "ค่าไม่แปรผันของเกจเฉพาะที่" อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหา ข้อกำหนดบังคับสำหรับสมการสำหรับสนามกายภาพใดๆ คือค่าไม่แปรเปลี่ยนเมื่อเทียบกับการแปลงแบบลอเรนซ์ และสิ่งนี้จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อมวลของสนามควอนตัมเป็นศูนย์ จากตารางที่ 1 เป็นที่แน่ชัดว่าควอนตัมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า แรง และสนามโน้มถ่วงนั้นไม่มีมวล (เช่น มีมวลนิ่งเป็นศูนย์) แต่ควอนตัมที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบแบบอ่อนจะมีมวลค่อนข้างมาก ปัญหาเดียวกันนี้เกิดขึ้นเมื่ออธิบายค่ามวลของอนุภาคมูลฐานอื่น ๆ เราสามารถพูดได้ว่าความสมมาตรภายในห้ามมิให้อนุภาคมูลฐานมีมวลนิ่งที่ไม่เป็นศูนย์ ซึ่งแน่นอนว่าขัดแย้งกับข้อมูลการทดลอง คำถามนี้ - เกี่ยวกับการอธิบายค่าต่าง ๆ ของมวลของอนุภาคมูลฐาน - ยังคงไม่ได้รับการแก้ไขจนกระทั่งเมื่อเร็ว ๆ นี้ในแบบจำลองมาตรฐาน

เพื่ออธิบายความขัดแย้งนี้ ในปี 1964 F. Englert และ R. Brout และเป็นอิสระจากพวกเขา P. Higgs เกือบจะเสนอพร้อมกันว่ามีอีกสนามหนึ่งซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งให้มวลของอนุภาค นอกจากนี้ P. Higgs ยังทำนายการมีอยู่ของควอนตัมในสาขานี้ - โบซอนที่มีการหมุนเท่ากับศูนย์ ดังนั้นควอนตัมสมมุติของสนามนี้จึงถูกเรียกว่า "ฮิกส์โบซอน" มวลของอนุภาคนี้ตามการประมาณการ ณ เวลานั้น ควรอยู่ในช่วงตั้งแต่ 60 ถึง 1,000 GeV จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ไม่มีเครื่องเร่งอนุภาคที่สามารถตรวจจับอนุภาคที่มีมวลขนาดนี้ได้ ดังนั้น Higgs boson จึงยังคงเป็นอนุภาคแบบจำลองมาตรฐานเพียงชนิดเดียวที่ยังไม่ได้ถูกค้นพบด้วยการทดลอง

ในการสัมมนาที่ CERN เมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 2555 มีการประกาศการค้นพบอนุภาคใหม่ ซึ่งคุณสมบัติตามที่ผู้เขียนการค้นพบระบุไว้อย่างระมัดระวังนั้นสอดคล้องกับคุณสมบัติที่คาดหวังของ Higgs boson ที่คาดการณ์ไว้ตามทฤษฎี - โบซอนเบื้องต้นของ แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค อนุภาคใหม่นี้ (กำหนด H) ไม่มีประจุไฟฟ้า จากการทดลองกลุ่มหนึ่ง มวลโบซอนคือ (125.3 ± 0.9) GeV และอีกกลุ่มหนึ่งคือ (126.0 ± 0.8) GeV เอชโบซอนไม่เสถียร อายุการใช้งานประมาณ 10 -24 วินาที และสามารถสลายตัวได้หลายวิธี ที่ LHC สลายตัวออกเป็นสองโฟตอนและแบ่งออกเป็นสองคู่: อิเล็กตรอน-โพซิตรอน และ (หรือ) มิวออน-แอนติมิวออน:

ชม→γ+γ,

ชม→จ - + จ + + จ - + จ + ,

ชม→ จ - + จ + + μ - + μ + ,

ชม → μ - + μ + + μ - + μ + .

การสลายตัวสามครั้งสุดท้ายสามารถเขียนสั้น ๆ ได้ดังนี้:

ชม→ 4ล,

ที่ไหน ล- หนึ่งในเลปตัน (อิเล็กตรอน, โพซิตรอน, มิวออน) การสลายทั้งหมดนี้สอดคล้องกับคุณสมบัติที่ทำนายไว้ของฮิกส์โบซอน

ทั้งหมดนี้ช่วยให้เราระบุได้อย่างมีโอกาสสูงที่ฮิกส์โบซอนถูกค้นพบ และแบบจำลองมาตรฐานได้รับการยืนยันการทดลองที่สำคัญโดยพื้นฐานแล้ว

วรรณกรรม.

สารานุกรมกายภาพ เล่ม 5 / Ch. เอ็ด A.M. โปรโครอฟ - ม.: บอลชายา สารานุกรมรัสเซีย, 1998. - น. 596-608.

คาปิโตนอฟ ไอ.เอ็ม. ฟิสิกส์นิวเคลียร์และอนุภาคเบื้องต้น - อ.: สสส., 2545.

รูบาคอฟ วี.เอ. สู่การค้นพบอนุภาคใหม่ที่มีคุณสมบัติของฮิกส์โบซอนที่เครื่อง Large Hadron Collider - UFN, 2012, เล่มที่ 182, ฉบับที่ 10. - หน้า 1017-1025.

รูบาคอฟ วี.เอ. การค้นพบฮิกส์โบซอนที่รอคอยมานาน - วิทยาศาสตร์และชีวิต, 2555, ฉบับที่ 10. - หน้า 2-17.

สารานุกรมกายภาพ เล่ม 4 / Ch. เอ็ด A.M. โปรโครอฟ - ม.: สารานุกรมรัสเซียผู้ยิ่งใหญ่, 2537. - หน้า. 505-520.

ฟิสิกส์แห่งโลกใบเล็ก: สารานุกรมเล็ก ๆ / Ch. เอ็ด ดี.วี.เชอร์คอฟ - ม.: " สารานุกรมโซเวียต", 1980.

กรีนบี จักรวาลอันสง่างาม /ทรานส์ จากอังกฤษ แก้ไขโดย

วี.โอ.มาลีเชนโก - เอ็ด 2. - อ.: บทบรรณาธิการ URSS, 2548 - 288 หน้า อรินชไตน์ อี.เอ. องค์ประกอบฟิสิกส์เชิงทฤษฎี

: บทช่วยสอน - Tyumen สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยแห่งรัฐ Tyumen, 2554 - หน้า 103-105 แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค หรือเรียกง่ายๆ ก็คือแบบจำลองมาตรฐาน เป็นกรอบทางทฤษฎีในฟิสิกส์ที่สามารถอธิบายตำแหน่งปัจจุบันของอนุภาคมูลฐาน ความหมาย และพฤติกรรมของอนุภาคมูลฐานได้อย่างแม่นยำและประสบผลสำเร็จมากที่สุด แบบจำลองมาตรฐานไม่ใช่และไม่ได้อ้างว่าเป็น "ทฤษฎีของทุกสิ่ง" เนื่องจากไม่ได้อธิบายสสารมืด พลังงานมืด หรือรวมถึงแรงโน้มถ่วง การยืนยันแบบจำลองมาตรฐานอย่างต่อเนื่อง ซึ่งส่งผลเสียหายต่อแบบจำลองทางเลือกของสมมาตรยิ่งยวด ปรากฏที่เครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่นักฟิสิกส์ทุกคนชอบแบบจำลองมาตรฐานและหวังว่ามันจะสูญสลายไปอย่างรวดเร็ว เพราะสิ่งนี้อาจนำไปสู่การพัฒนาทฤษฎีทั่วไปของทุกสิ่ง คำอธิบายเกี่ยวกับหลุมดำและสสารมืด การรวมตัวของแรงโน้มถ่วงกลศาสตร์ควอนตัม

และทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

ไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์เริ่มพูดถึงแบบจำลองทางจักรวาลวิทยาใหม่ที่เรียกว่าฮิกโซเจเนซิส บทความที่อธิบายโมเดลใหม่นี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Physical Review Lettres คำว่า "ฮิกส์เจเนซิส" หมายถึงการปรากฏตัวครั้งแรกของอนุภาคฮิกส์ในจักรวาลยุคแรกเริ่ม เช่นเดียวกับที่การเกิดแบริโอเจเนซิสหมายถึงการปรากฏตัวของแบริออน (โปรตอนและนิวตรอน) ในช่วงเวลาแรกหลังบิกแบง และถึงแม้ว่าการเกิดแบริโอเนซิสเป็นกระบวนการที่มีการศึกษาค่อนข้างดี แต่ฮิกโซเจเนซิสยังคงเป็นเพียงสมมุติฐานเท่านั้น