Pored tamne materije i tamne energije nepoznate znanosti, standardni model fizike čestica također se suočava s poteškoćama u objašnjavanju zašto fermioni dodaju tri gotovo identična skupa.
Za teoriju koja još uvijek nema prilično velike komponente, standardni model čestica i interakcija bio je prilično uspješan. Uzima u obzir sve s čime se svakodnevno susrećemo: protone, neutrone, elektrone i fotone, kao i eksotiku kao što je Higgsov bozon i pravi kvarkovi. Međutim, teorija je nepotpuna, jer ne može objasniti pojave poput tamne materije i tamne energije.
Uspjeh Standardnog modela proizlazi iz činjenice da pruža koristan vodič česticama materije koje poznajemo. Generacije se mogu nazvati jednim od tih važnih obrazaca. Izgleda da svaka čestica materije može biti u tri različite verzije, koje se razlikuju samo po masi.
Znanstvenici se pitaju ima li ovaj obrazac detaljnije objašnjenje ili je lakše vjerovati da će ga zamijeniti neka skrivena istina.
Standardni model je izbornik koji sadrži sve poznate temeljne čestice koje se više ne mogu razgraditi na njihove sastavne dijelove. Podijeljen je na fermione (čestice materije) i bozone (čestice koje nose interakcije).
Standardni model elementarnih čestica i interakcija / ALEPH suradnja.
Čestice materije uključuju šest kvarkova i šest leptona. Kvarkovi su sljedeći: odozdo, šarmantan, čudan, istinit i simpatičan. Obično ne postoje odvojeno, već se grupiraju kako bi tvorili teže čestice poput protona i neutrona. Leptoni uključuju elektrone i njihove rođake, muone i tau, kao i tri vrste neutrina (elektronski neutrino, muonski neutrino i tau neutrino).
Sve gore navedene čestice podijeljene su u tri "generacije" koje se doslovno međusobno kopiraju. Vrhunski, šarmirani i istinski kvarkovi imaju isti električni naboj, kao i iste slabe i jake interakcije: prvenstveno se razlikuju u masama koje im daje Higgsovo polje. Isto vrijedi i za dolje, čudne i lijepe kvarkove, kao i elektrone, muone i tau.
Promotivni video:
Kao što je gore spomenuto, takve razlike mogu nešto značiti, ali fizičari još nisu utvrdili što. Većina generacija uvelike varira u težini. Na primjer, tau lepton je oko 3.600 puta masivniji od elektrona, a pravi je kvark gotovo 100.000 puta teži od gore kvarka. Ta se razlika očituje u stabilnosti: teže generacije razbijaju se u lakša dok ne dosegnu najblaža stanja, koja ostaju zauvijek stabilna (koliko je poznato).
Generacije igraju važnu ulogu u eksperimentiranju. Na primjer, Higgsov bozon nestabilna je čestica koja se raspada na mnoge druge čestice, uključujući tau leptone. Ispada da zbog činjenice da je tau najteža čestica, Higgsov bozon "preferira" da se pretvori u tau češće nego u muone i elektrone. Kao što primjećuju akceleratori čestica, najbolji način proučavanja interakcije Higgsovog polja i leptona je promatranje raspadanja Higgsovog bozona u dva taua.
Propadanje Higgsova bozona u lijepe kvarkove / ATLAS suradnja / CERN.
Ova vrsta promatranja nalazi se u srcu fizike standardnog modela: naletite na dvije ili više čestica jedna na drugu i pogledajte koje će se čestice pojaviti, zatim pogledajte ostatke za uzorke - i ako imate sreće, vidjet ćete nešto što ne odgovara vašoj slici.
I dok se stvari poput tamne materije i tamne energije očito ne uklapaju u moderne modele, postoje neki problemi sa samim Standardnim modelom. Na primjer, prema njemu, neutrini bi trebali biti bez mase, ali eksperimenti su pokazali da neutrini i dalje imaju masu, čak i ako je nevjerojatno mala. Za razliku od kvarkova i električno nabijenih leptona, razlika u masi između generacija neutrina je neznatna, što objašnjava njihove fluktuacije iz jedne vrste u drugu.
Nemajući masu, neutrini se ne razlikuju jedan od drugog, a masa - različiti su. Razlika između njihovih generacija zbunjuje i teoretičare i eksperimentalce. Kao što je Richard Ruiz sa Sveučilišta u Pittsburghu napomenuo, "Postoji obrazac koji nas gleda, ali ne možemo točno shvatiti kako ga treba shvatiti."
Čak i ako postoji samo jedan Higgsov bozon - onaj u Standardnom modelu, ima se mnogo što naučiti promatrajući njegove interakcije i propadanje. Na primjer, ispitujući koliko često se Higgsov bozon pretvara u tau u usporedbi s drugim česticama može testirati valjanost Standardnog modela, kao i dobiti tragove o postojanju drugih generacija.
Naravno, gotovo da i nema generacija, budući da bi kvark četvrte generacije trebao biti puno teži čak i od pravog kvarka. Ali anomalije u Higgsovu raskidu govore mnogo.
Opet, danas nitko od znanstvenika ne razumije zašto postoje točno tri generacije čestica materije. Bez obzira na to, struktura Standardnog modela je sama pojma onoga što se može nalaziti izvan njega, uključujući i ono što je poznato kao supersimetrija. Ako fermioni imaju supersimetrične partnere, također moraju biti duge tri generacije. Raspodjela njihovih masa može pomoći u razumijevanju masovne raspodjele fermiona u Standardnom modelu, kao i zašto se uklapaju u ove posebne obrasce.
Supersimetrija pretpostavlja postojanje težeg „superpartnera“/ CERN / IES de SAR za svaku česticu Standardnog modela.
Bez obzira koliko generacija čestica ima u Svemiru, sama činjenica njihove prisutnosti ostaje misterija. S jedne strane, "naraštaji" nisu ništa drugo do zgodna organizacija čestica materije u Standardnom modelu. Međutim, posve je moguće da bi ova organizacija mogla preživjeti u dubljoj teoriji (na primjer, teorija gdje su kvarkovi sastavljeni od još manjih hipotetičkih čestica - preona), što može objasniti zašto se pojavljuju kvarkovi i leptoni koji stvaraju ove obrasce.
Napokon, iako Standardni model još nije konačni opis prirode, svoj je posao do sada obavljao prilično dobro. Što se više znanstvena zajednica bliži rubovima karte koje je izvukla ova teorija, bliži su znanstvenici pravi i točan opis svih čestica i njihovih interakcija.
Vladimir Guillen