Visu Standarta modeļa vienādojumu iespējams uzrakstīt uz vienas krūzītes. Avots: CERN
Elementārdaļiņu Standarta modelis (SM) ir iekšēji saskanīga teorija, kas apraksta trīs no četrām zināmajām mūsu Visuma fundamentālajām mijiedarbībām — elektromagnētisko mijiedarbību, stipro kodolspēku (stipro mijiedarbību) un vājo kodolspēku (vājo mijiedarbību). SM ir kvantu lauku teorija, kurā fundamentālie spēki tiek matemātiski aprakstīti kā lauki, kas caurstrāvo visu kosmosu un kur daļiņas izpaužas kā ierosinājumi šajos laukos.
SM ir teorija, kas sastāv no 12 matērijas daļiņām, sauktām par fermioniem, un 6 mijiedarbības nesējdaļiņām – bozoniem. Fermioni tiek iedalīti divās grupās – kvarkos un leptonos, kā arī trijās paaudzēs jeb ģimenēs. Katra fermionu paaudze ir pēc visām fundamentālajām daļiņu īpašībām identiska viena otrai ar vienu izņēmumu, citādi identiskajām daļiņām nesot ašķirīgas masas. Praktiski viss, ar ko saskaramies dabā, ir veidots no pirmās paaudzes fermioniem un no fotona, kas ir elektromagnētiskās mijiedarbības nesējs. Gandrīz visu redzamā Visuma saturu veido atomi, kuri, savukārt, veidojas no dažādām protonu, neitronu un elektronu kombinācijām. Elektrons pats par sevi ir elementārdaļiņa, taču protoni un neitroni sastāv no dažādām up (augšējā – u) kvarka un down (apakšējā – d) kvarka kombinācijām.
 |
|
Standarta modeli veidojošās elementārdaļiņa |
Bozoni darbojas kā fundamentālo mijiedarbību nesēji, ar kuriem tie ir saistīti. Z un W bozoni, kuru eksistence tika pierādīta CERN 1983. gadā, nes vājo mijiedarbību, kas nosaka radioaktīvās sabrukšanas procesu. Gluons, g, nes stipro mijiedarbību, kas ir atbildīga par to, lai veidotos hadroni kā, piemēram, protoni un neitroni. Fotons, γ, ir elektromagnētiskās mijiedarbības nesējdaļiņa, kura veic arī, piemēram, redzamās gaismas izplatīšanu. Visbeidzot pēdējais no bozoniem, saukts par Higsa bozonu, H, ir Higsa lauka nesējs. Mijiedarbībojoties ar šo lauku caur Higsa bozonu, katra no SM daļiņām, ieskaitot arī pašu Higsa bozonu, iegūst savu vienīgo pilnībā unikālo īpašību – masu. Līdz ar Higsa bozona eksistences pierādīšanu, kas 2012. gadā CERN notika Lielā hadronu paātrinātāja (LHC) eksperimentu ATLAS un CMS laikā, patlaban ir atklātas visas šobrīd teorētiski postulētās SM elementārdaļiņas.
SM ir sevi pierādījusi kā gandrīz neticami spēcīgu teoriju. Patiesībā SM ir visveiksmīgākā teorija ne tikai fizikā, bet, ļoti iespējams, visā zinātnē. Daži no teorijas izrietoši paredzējumi var tikt eksperimentāli testēti ar līdz pat vienas triljonās daļas precizitāti. Kontekstam, šī ir tāda pati precizitāte, kā izmērot attālumu no Zemes līdz Mēnesim ar nenoteiktību, kura atbilst cilvēka mata platumam.
Neskatoties uz tās panākumiem, mēs zinām, ka SM ir nepilnīga teorija. Tā, piemēram, nesatur ceturtās no fundamentālajām mijiedarbībām, gravitācijas, aprakstu. Tuklāt SM sastāvā esošās daļiņas un spēki raksturo tikai redzamo jeb tā saukto barionisko matēriju Visumā. Taču no kosmoloģiskiem novērojumiem zinātniekiem ir zināms, ka šī veida matērija veido vien aptuveni 5% no mūsu Visuma enerģijas satura, pārējo daļu piedēvējot tumšajai enerģijai un tumšajai matērijai.
Lai izskaidrotu gravitāciju, aprakstītu tumšās matērijas raksturu, izprastu tumšās enerģijas izcelsmi un atbildētu uz daudziem citiem fundamentāliem jautājumiem par Visumu, kurā dzīvojam, zinātnieki izmanto milzīgas daļiņu paātrināšanas ierīces kā, piemēram, LHC, lai dziļāk pētītu mums apkārt pastāvošo elementārdaļiņu īpašības un spēkus, kas pārvalda to uzvedību.