Mô hình chuẩn

Lịch sử

Mô hình chuẩn được phát triển vào nửa cuối thế kỷ 20, và mô hình này là kết quả của sự công tác giữa nhiều nhà khoa học trên toàn cầu. Bước ban đầu đến mô hình chuẩn là Glashow tìm ra một cách mà kết hợp tương tác điện từ và yếu vào năm 1960. Năm 1967, Weinberg và Salam thêm cơ chế Higgs vào lý thuyết điện yếu của Glashow. Kết quả là lý thuyết điện yếu hiện đại.
Sau sự khám phá của dòng trung hoà của boson Z tại CERN năm 1973 lý thuyết điện từ được thừa nhận và Glashow, Salam và Weinberg cùng nhau chia giải Nobel vật lý năm 1979 vì việc tìm ra của lý thuyết này. Các hạt boson W và Z được thí nghiệm quan sát lần đầu tiên vào năm 1981 và khối lượng của chúng như lý thuyết điện yếu dự đoán.
Lý thuyết của tương tác mạnh có nhiều người đóng góp. Khoảng chừng vào năm 1973–1974 thực nghiệm xác nhận rằng hạt quark là thành phần của hạt hadron, và lý thuyết của tương tác mạnh có dạng hiện đại kể từ lúc ấy.
Kể từ lúc ấy các thực nghiệm tìm ra các hạt quark đáy (1977), quark đỉnh (1995), và neutrino tau (2000), để mô hình chuẩn thừa nhận hơn nữa. Gần đây hơn có vẻ như hạt Higgs cũng đã được tìm ra (2011–2012), và hạt này là hạt cuối cùng mà mô hình chuẩn dự đoán cần tồn tại và đã chưa được tìm ra.

Fermion

Có 12 hạt sơ cấp với spin ½ (được gọi là fermion) trong mô hình chuẩn. Theo định lý spin-thống kê các hạt fermion tuân theo nguyên lý loại trừ Pauli. Từng hạt fermion có phản hạt của mình.
Có thể phân loại các hạt của mô hình chuẩn theo cách tương tác của chúng (có nghĩa là theo chúng nó có loại điện tích nào, như màu tích hay siêu tích yếu). Có sau hương quark (lên (u), xuống (d), duyên (c), lạ (s), đỉnh (t), và đáy (b)), và sáu loại lepton (electron, neutrino electron, muyon, neutrino muyon, tauon, và neutrino tauon). Một đôi của từng hai loại chung với nhau là một thế hệ, và hạt tương ứng với nhau có hoạt động một cách tương tự.
Đặc tính định nghĩa của hạt quark là chúng nó có màu tích, nên tương tác theo tương tác mạnh. Do một hiệu ứng gọi là sự giam hãm màu, các hạt quark luôn (hay ít nhất kể từ ngay sau vụ nổ lớn) dính lại với nhau, và chúng nó cấu thành hạt tổ hợp có màu tích trung hoà (hạt hadron) chứa hay là một hạt quark và một hạt phản quark (cấu thành một hạt meson), hay là ba hạt quark (hạt baryon). Hạt proton và neutron quen thuộc là hai hạt baryon có khối lượng thấp nhất. Các hạt quark cũng có điện tích và spin đồng vị yếu, để chúng nó tương tác với hạt fermion khác theo hai đều tương tác điện từ và tương tác yếu.
Sau hạt fermion ở lại không có màu tích và chúng nó được gọi là lepton. Ba hạt neutrino cũng không có điện tích, nên chỉ có tương tác yếu ảnh hưởng sự vận động của chúng nó, để các hạt ấy rất khó mà phát hiện. Mặt khác, nhờ điện tích của mình, các hạt electron, muyon, và tauon đều có tương tác điện từ.
Từng thành viên của một thế hệ có khối lượng cao hơn hạt tương ứng của thế hệ dưới. Các hạt có điện tích trong thế hệ đầu tiên không phân rã, nên cả vật chất thường làm bằng hạt này. Nói cụ thể, mọi nguyên tử gồm các hạt electron quay trên quỹ đạo xung quanh hạt nhân, cuối cùng làm bằng quark lên và xuống. Mặt khác, mọi hạt có điện tích của thế hệ thứ hai và ba phân rã với chu kỳ bán rã rất ngắn, và chỉ có thể phát hiện chúng trong môi trường năng lượng rất cao. Các hạt neutrino của mọi thế hệ cũng không phân rã, và chúng nó tràn ngập toàn vũ trụ, dù chúng rất ít khi tương tác với vật chất làm bằng hạt baryon.