Фізіка за межамі Стандартнай мадэлі

Фізіка за межамі Стандартнай мадэлі (інакш званая Новая фізіка) адносіцца да тэарэтычных распрацовак, якія неабходныя, каб растлумачыць недахопы Стандартнай мадэлі, такія як паходжанне масы, моцная CP-праблема, нейтрынныя асцыляцыі, асіметрыя матэрыі і антыматэрыі, паходжанне цёмнай матэрыі і цёмнай энергііJ. Womersley. «Beyond the Standard Model». . Іншая праблема заключаецца ў матэматычных асновах самой Стандартнай мадэлі — Стандартная мадэль не стыкуецца з агульнай тэорыяй адноснасці ў тым сэнсе, што адна або абедзве тэорыі распадаюцца ў сваіх апісаннях на больш дробныя пры пэўных умовах (напрыклад, у рамках вядомых сінгулярнасцей прасторы-часу, такіх як Вялікі выбух і гарызонты падзей чорных дзірак).

Тэорыі, якія ляжаць за межамі Стандартнай мадэлі, уключаюць у сябе розныя пашырэнні Стандартнай мадэлі праз суперсіметрыю, такія як  і , альбо цалкам новыя тлумачэнні, такія як тэорыя струн, M-тэорыя і дадатковыя вымярэнні. Паколькі гэтыя тэорыі, як правіла, цалкам адпавядаюць назіраным з'явам або не даведзеныя да стану канкрэтных прадказанняў, пытанне аб тым, якая тэорыя з'яўляецца правільнай (або прынамсі «лепшым крокам» да тэорыі ўсяго), можа быць вырашана толькі з дапамогай эксперыментаў. У цяперашні час гэта адна з найбольш актыўных абласцей даследаванняў як у тэарэтычнай, так і ў эксперыментальнай фізіцы.

 Праблемы Стандартнай мадэлі 

Нягледзячы на тое, што Стандартная мадэль у цяперашні час з'яўляецца найбольш паспяховай тэорыяй фізікі элементарных часціц, яна недасканалаяLykken, Beyond the Standard Model, arxiv.org:1005.1676..

 Нерастлумачаныя эксперыментальныя назіранні 

Ёсць цэлы шэраг эксперыментальных назіранняў за прыродай, для якіх Стандартная мадэль не дае адэкватнага тлумачэння.

 Гравітацыя. Стандартная мадэль не растлумачвае гравітацыю. Акрамя таго, яна несумяшчальная з найбольш паспяховай на сёння тэорыяй гравітацыі — Агульнай тэорыяй адноснасці.
 Цёмная матэрыя і цёмная энергія. Касмалагічныя назіранні паказваюць, што Стандартная мадэль можа растлумачыць толькі каля 4,5 % матэрыі ў Сусвеце. З адсутных 95,5 % каля 22,5 % павінны быць цёмнай матэрыяй, гэта значыць матэрыяй, якая паводзіць сябе гэтак жа як іншая матэрыя, якую мы ведаем, але ўзаемадзейнічае толькі слаба з палямі Стандартнай мадэлі. Астатняе павінна быць цёмнай энергіяй, пастаяннай шчыльнасцю энергіі вакууму. Спробы растлумачыць цёмную энергію з пункту гледжання энергіі вакууму Стандартнай мадэлі (планкаўская энергія) прыводзяць да неадпаведнасці ў 120 парадкаў.
 Масы нейтрына. Згодна са Стандартнаю мадэллю нейтрына з'яўляюцца бязмасавымі часціцамі. Тым не менш, эксперыменты з нейтрыннымі асцыляцыямі паказалі, што нейтрына маюць масу. Масавыя члены для нейтрына можна ўвесці ў Стандартную мадэль уручную, але гэта прыводзіць да новых тэарэтычных праблем. (Напрыклад, масавыя члены павінны быць надзвычай малыя).
 Асіметрыя матэрыі і антыматэрыі. Сусвет складаецца пераважна з рэчыва. Тым не менш, Стандартная мадэль прадказвае, што рэчыва і антырэчыва павінны былі быць створаны ў (амаль) роўных колькасцях, якія б знішчылі адзін аднаго, пакуль Сусвет ахалоджваецца.

 Тэарэтычныя праблемы 

Некаторыя асаблівасці Стандартнай мадэлі ўведзены адмысловым спосабам. Яны не з'яўляюцца праблемай па сутнасці (гэта значыць тэорыя добра працуе з гэтымі адмысловымі асаблівасцямі), але іх наяўнасць — вынік няпоўнага разумення. Гэтыя спецыяльныя асаблівасці заахвоцілі тэарэтыкаў шукаць больш фундаментальныя тэорыі з меншай колькасцю параметраў. Некаторыя з адмысловых асаблівасцей:

 Праблема іерархіі ферміённых мас. Стандартная мадэль ўводзіць масы часціц з дапамогай працэсу, вядомага як спантаннае парушэнне сіметрыі, выкліканае полем Хігса. У рамках Стандартнай мадэлі маса Хігса атрымлівае некаторыя вельмі вялікія квантавыя папраўкі, звязаныя з прысутнасцю віртуальных часціц (галоўным чынам віртуальных топ-кваркаў). Гэтыя папраўкі намнога большыя чым фактычная маса Хігса. Гэта азначае, што параметр  Хігса ў Стандартнай мадэлі павінен быць  такім спосабам, які амаль цалкам адмяняе квантавыя папраўкі. Гэты ўзровень тонкай настройкі лічыцца  многімі тэарэтыкамі.
 Моцная CP-праблема. Тэарэтычна можна сцвярджаць, што Стандартная мадэль павінна ўтрымліваць член, які парушае CP-сіметрыю паміж матэрыяй і антыматэрыяй — у частцы моцнага ўзаемадзеяння. Эксперыментальна, аднак, такое парушэнне не было выяўлена, што азначае, што каэфіцыент пры гэтым члене вельмі блізкі да нуля. Гэтая тонкая настройка таксама лічыцца ненатуральнай.
 Колькасць параметраў. Стандартная мадэль залежыць ад 19 лікавых параметраў. Іх значэнні вядомыя з эксперыменту, але паходжанне значэнняў невядома. Некаторыя тэарэтыкі спрабавалі знайсці сувязь паміж рознымі параметрамі, напрыклад, паміж масамі часціц у розных пакаленнях.

 Тэорыі Вялікага аб'яднання 

Стандартная мадэль мае тры калібравальныя сіметрыі: колеру SU(3), слабага ізаспіну SU(2) і гіперзараду U(1), якія адпавядаюць тром фундаментальным сілам. З-за перанарміроўкі канстанты сувязі кожнай з гэтых сіметрыі змяняюцца ў залежнасці ад энергіі, пры якой яны вымяраюцца. Каля 1019 ГэВ гэтыя сувязі становяцца прыкладна роўнымі. Гэта прывяло да здагадкі, што вышэй за гэту энергію тры калібравальныя сіметрыі Стандартнай мадэлі аб'яднаны ў адной калібравальнай сіметрыі з простай групай калібравальнай групы, і толькі адной канстантай сувязі. Ніжэй за гэту энергію сіметрыя спантанна парушана да стандартных сіметрый мадэлі. Папулярным выбарам для групы, што аб'ядноўвае, з'яўляецца спецыяльная ўнітарная група ў пяці вымярэннях SU(5) і спецыяльная артаганальная група ў дзесяці вымярэннях SO(10).

Тэорыі, якія аб'ядноўваюць сіметрыі Стандартнай мадэлі такім чынам, называюцца тэорыямі Вялікага аб'яднання (або  — GUT), а маштаб энергій, пры якіх адзіная сіметрыя парушаецца, называецца маштабам GUT. Увогуле, тэорыі Вялікага аб'яднання прадказваюць стварэнне магнітных манаполяў ў раннім СусвецеMagnetic Monopoles і нестабільнасць пратона. Гэтыя прадказанні, нягледзячы на інтэнсіўны пошук, не пацвярджаюцца эксперыментальна, і гэта накладае абмежаванні на магчымыя GUT.

 Квантавая гравітацыя 

Квантавая гравітацыя — кірунак даследаванняў у тэарэтычнай фізіцы, мэтай якога з'яўляецца квантавае апісанне гравітацыйнага ўзаемадзеяння (і, у выпадку поспеху — аб'яднанне такім чынам гравітацыі з астатнімі трыма фундаментальнымі узаемадзеяннямі, гэта значыць, пабудова так званай «тэорыі ўсяго»).

 Гл. таксама 

 Вялікі адронны калайдэр
 Выключна простая тэорыя ўсяго
 Галаграфічны прынцып
 Квантавая хромадынаміка

 Нявырашаныя праблемы сучаснай фізікі
 Петлявая квантавая гравітацыя
 Поле Хігса
 Спантаннае парушэнне электраслабай сіметрыі
 Стандартная мадэль
 Супергравітацыя
 Суперсіметрыя
 Тэорыя базонных струн
 Тэорыі Вялікага аб’яднання
 Тэорыя Калуцы — Клейна
 Тэорыя струн
 Тэорыя суперструн
 Тэорыя Янга — Мілса


 Электраслабае ўзаемадзеянне

 Спасылкі 

 Пол Шеллард и др. Квантовая гравитация  (Quantum Gravity). Пер. с англ. В. Г. Мисовца.
 Zeeya Merali. Разделение времени и пространства. Новая квантовая теория отвергает пространство-время Эйнштейна // Scientific American. (December 2009)
 Г. Е. Горелик Матвей Бронштейн и квантовая гравитация. К 70-летию неразрешённой проблемы. // Успехи физических наук, Том 175, № 10 (кастрычнік 2005)