Pamantayang Modelo

Ang Pamantayang Modelo ng pisikang pampartikulo ang teoriyang siyentipiko na nauukol sa mga interaksiyong elektromagnetiko, mahina at malakas na namamagitan sa dinamika ng mga alam na subatomikong partikulo. Ang kasalukuyang pormulasyon nito ay nakumpleto noong mga 1970 sa kompirmasyon sa mga eksperimento ng pag-iral ng mga quark. Simula nito, ang pagkakatuklas ng mga partikulong ilalim na quark(1977), ibabaw na quark(1995) at tau neutrino(2000) ang karagdagang nagbigay kredensiya sa teoriyang ito. Ang kamakailang maliwanag na deteksiyon ng Higgs boson noong 2011-2012 ay kumukumpleto sa mga hinulaang partikulo ng teoriyang ito. Ang Pamantayang Modelo ay nagkukulang sa pagiging kumpletong teoriya ng mga pundamental na interaksiyon dahil sa hindi nito pagsasama ng buong teoriya ng grabitasyon gaya ng inilalarawan ng pangkalahatang relatibidad o humuhula sa papabilis na paglawak ng uniberso na posibleng inilalarawan ng enerhiyang madilim. Ang teoriya ay hindi naglalaman ng anumang partikulo na materyang madilim na nag-aangkin ng lahat ng mga katangian na mahihinuha mula sa pagmamasid sa kosmolohiya. Ito ay hindi rin tamang nagpapaliwanag ng mga osilasyong neutrino at mga hindi sero nitong masa. Bagaman pinaniniwalaang konsistente sa sarili, ito ay may ilang maliwanag na mga hindi natural na katangian na nagpapalitaw ng mga palaisipan gaya ng problemang malakas na CP at ang probelamang hierarka. Gayunpaman, ang Pamantayang Modelo ay mahalaga sa mga pisikong teoretikal at eksperimental. Para sa mga teorista, ang Pamantayang Modelo ang paradigm ng teoriyang quantum field na nagpapakita ng isang malawak na saklaw ng pisika kabilang ang kusang loob na pagkasira ng simetriya, mga anomalya, pag-aasal na hindi perturbatibo etc. Ito ay ginagamit bilang basehan ng pagtatayo ng mas eksotikong mga modelo na nagsasama ng mga partikulong hipotetikal, ekstrang dimensiyong, at mga simetriya gaya ng supersimetriya sa pagtatangkang ipaliwanag ang mga resulta ng eksperimento na iba sa Pamantayang Model gaya ng pag-iral ng materyang madilim at mga osilasyong neutrino. Ang mga nag-eeksperimento ay nagsama naman ng Pamantayang Modelo sa mga simulador upang makatulong sa paghahanap ng bagong pisika na lagpas sa Pamantayang Modelo. Ang Pamantayang Modelo ay nakahanap ng mga aplikasyon sa larangang gaya ng astropisika, kosmolohiya at pisikang nukleyar.

Mga fermion

Ang Pamantayang Modelo ay kinabibilangan ng 12 mga elementaryong partikulo ng ikot-½ na kilala bilang mga fermion. Ayon sa teoremang ikot-estadistika, ang mga fermion ay rumirispeto sa prinsipyong hindi pagsasama ni Pauli. Ang bawat fermion ay may tumutugong antipartikulo. Ang mga fermion ay inuuri ayon sa kung paano itong nakikipag-ugnayan o sa katumbas ay kung anong mga karga ang dinadala ng mga ito. May anim na mga quark(itaas, ibaba, charm, kakaiba, ibabaw, ilalim) at mga anim na lepton(elektron, elektron neutrino, muon, muon neutrino, tau, tau neutrino). Ang mga pares mula sa bawat klasipikasyon ay pinapangkat upang bumuo ng henerasyon na tumutugong partikulo na nagpapakita ng parehong mga pag-aasal na pisikal. Ang naglalarawang katangian ng mga quark ang pagdadala ng mga ito ng kargang kulay at kaya ay nakikipag-ugnayan sa pamamagitan ng interaksiyong malakas. Ang natitirang mga anim na fermion ay hindi nagdadala ng kargang kulay at tinatawag na mga lepton. Ang tatlong mga neutrino ay hindi rin nagdadala ng kargang elektriko kaya ang mosyon ng mga ito ay direktang naiimpluwensiyahan lamang ng interaksiyong mahina na gumagawa sa mga itong mahirap madetekta. Gayunpaman, sa pagdadala ng kargang elektriko, ang elektron, muon at tau ay lahat nakikipag-ugnayan ng elektrogmagnetiko.

Mga gauge boson

Sa Pamantayang Modelo, ang mga gauge boson ay inilalarawan bilang mga tagadala ng pwersa na namamagitan ng mga interaksiyong mahina, malakas at elektromagnetiko. Ang mga gauge boson ng Pamantayang Modelo ay lahat may ikot. Ang halaga ng ikot ay 1 na gumagawa sa mga itong mga boson. Bilang resulta, ang mga ito ay hindi sumusunod sa prinsipyong hindi pagsasama ni Pauli na naglilimita sa mga fermion at kaya ang ang mga boson ay walang limitasyong teoretiko sa densidad na pang-espasyo ng mga ito. Ang iba't ibang mga gauge boson ang: photon na namamagitan ng interaksiyong elektrogmanetiko sa pagitan ng mga may kargang elektrikong partikulo, ang mga boson na W at ZE, W⁺, W⁻, at Z na namamagitan ng mga interaksiyong mahina sa pagitan ng partikulong may iba't ibang lasa, at walong mga gluon na namamagitan ng mga interaksiyong malakas sa pagitan ng mga partikulong may kargang kulay.

Higgs boson

Ang partikulong Higgs ay isang may malaking masang skalar na partikulo at isang pangunahing pantayong bloke ng Pamantayang Modelo. Ito ay walang likas na ikot at kaya ay inuuri bilang isang boson. Ito ay gumagampan ng walang katulad na papel sa Pamantayang Modelo sa pamamagitan ng pagpapaliwang kung bakit ang ibang mga partikulo ay may malaking masa. Ito ay magpapaliwanag rin kung bakit ang photon ay walang masa samantalang ang mga boson na W at Z ay sobrang bigat.

Mga aspetong teoretikal

Ang teoriyang quantum field ay nagbibigay ng isang balangkas na matematikal para sa Pamantayang Modelo kung saan ang isang Lagrangian ay kumukontrol sa dinamika at kinematika ng teoriya. Ang pamantayang Modelo ay isa ring teoriyang gauge na nangangahulugang may mga digri ng kalayaan sa pormalismong matematikal na hindi tumutugon sa mga pagbabago sa estadong pisika. Ang grupong gauge ng pamantayang modelo ay \mathrm{U}(1) \times \mathrm{SU}(2) \times \mathrm{SU}(3), kung saan ang U(1) ay umaasal sa B at \phi, ang SU(2) ay umaasal sa W and \phi, at ang SU(3) ay umaasal sa G. Ang fermion field \psi ay nagbabago rin sa ilalim ng mga simetriang ito bagaman ang lahat ng mga ito ay nag-iiwan ng ilang mga bahagi nito na hindi nagbabago.