Kromě temné hmoty a temné energie neznámé vědě, standardní model fyziky částic také čelí potížím při vysvětlování, proč fermiony přidávají až tři téměř identické sady.
Pro teorii, která stále nemá dost velké komponenty, byl standardní model částic a interakcí docela úspěšný. Vezme v úvahu vše, s čím se denně setkáváme: protony, neutrony, elektrony a fotony, jakož i exotika, jako je Higgsův boson a skutečné kvarky. Teorie je však neúplná, protože nedokáže vysvětlit jevy, jako je temná hmota a temná energie.
Úspěch standardního modelu je způsoben skutečností, že poskytuje užitečný průvodce částicemi, které známe. Generace lze nazvat jedním z těchto důležitých vzorců. Vypadá to, že každá částice hmoty může mít tři různé verze, které se liší pouze hmotou.
Vědci přemýšlejí, jestli má tento vzorec podrobnější vysvětlení, nebo je snadnější uvěřit, že ho nahradí nějaká skrytá pravda.
Standardní model je nabídka obsahující všechny známé základní částice, které již nelze rozdělit na jednotlivé součásti. Je rozdělena na fermiony (částice hmoty) a bosony (částice, které nesou interakce).
Standardní model elementárních částic a interakcí / ALEPH Spolupráce.
Částice hmoty zahrnují šest kvarků a šest leptonů. Kvarky jsou následující: horní, dolní, okouzlující, podivné, pravdivé a rozkošné. Obvykle neexistují samostatně, ale seskupují se dohromady a vytvářejí těžší částice, jako jsou protony a neutrony. Leptony zahrnují elektrony a jejich sestřenice, miony a tau, jakož i tři typy neutrin (elektronová neutrina, mionální neutrina a tau neutrin).
Všechny výše uvedené částice jsou rozděleny do tří „generací“, které se doslova kopírují. Horní, okouzlující a pravdivé kvarky mají stejný elektrický náboj, stejně jako stejné slabé a silné interakce: primárně se liší hmotností, kterou jim poskytuje Higgsovo pole. Totéž platí pro dolů, podivné a pěkné kvarky, stejně jako pro elektron, mion a tau.
Propagační video:
Jak je uvedeno výše, takové rozdíly mohou něco znamenat, ale fyzikové ještě nepřišli na to, co. Většina generací se velmi liší v hmotnosti. Například tau lepton je asi 3 600krát hmotnější než elektron a skutečný kvark je téměř 100 000krát těžší než kvark up. Tento rozdíl se projevuje ve stabilitě: těžší generace se rozpadají na lehčí, dokud nedosáhnou nejmírnějších stavů, které zůstávají navždy stabilní (jak je známo).
Generace hrají v experimentech důležitou roli. Například, Higgsův boson je nestabilní částice, která se rozpadá na mnoho dalších částic, včetně tau leptonů. Ukazuje se, že vzhledem k tomu, že tau je nejtěžší částice, Higgsův boson „upřednostňuje“přeměnit se na tau častěji než na miony a elektrony. Jak si všimnou urychlovače částic, nejlepším způsobem, jak studovat interakce Higgsova pole s leptony, je pozorovat rozklad Higgsova bosonu na dva tau.
Rozpad Higgsova bosonu na pěkné kvarky / ATLAS Collaboration / CERN.
Tento typ pozorování je v samém jádru fyziky standardního modelu: narážejte na sebe dvě nebo více částic a podívejte se, které částice se objevují, poté se podívejte do zbytků na vzory - a pokud budete mít štěstí, uvidíte něco, co se vašemu obrázku nehodí.
A zatímco se věci jako temná hmota a temná energie zjevně nezapadají do moderních modelů, existují určité problémy se samotným standardním modelem. Například podle toho by neutrina měla být bezhmotná, ale experimenty ukázaly, že neutrina mají stále hmotnost, i když je neuvěřitelně malá. A na rozdíl od kvarků a elektricky nabitých leptonů je rozdíl v hmotnosti mezi generacemi neutrin nevýznamný, což vysvětluje jejich výkyvy z jednoho typu na druhý.
Nehmotná hmota, neutrina, jsou nerozeznatelná od sebe navzájem, hmotou - liší se. Rozdíl mezi jejich generacemi hádá jak teoretiky, tak experimentátory. Jak poznamenal Richard Ruiz z University of Pittsburgh, „Existuje na nás vzorec, ale nemůžeme přijít na to, jak by se mělo rozumět.“
I když existuje pouze jeden Higgsův boson - ten ve standardním modelu - je třeba se naučit pozorováním jeho interakcí a úpadku. Například při zkoumání, jak často se Higgsův boson přeměňuje na tau ve srovnání s jinými částicemi, můžete zkontrolovat platnost standardního modelu a také získat vodítka o existenci dalších generací.
Samozřejmě existuje jen stěží více generací, protože kvark čtvrté generace by měl být mnohem těžší než skutečný kvark. Ale anomálie v Higgsově rozpadu říkají hodně.
Ani dnes žádný z vědců nechápe, proč existují přesně tři generace částic hmoty. Struktura standardního modelu je však sama o sobě vodítkem k tomu, co může ležet mimo něj, včetně toho, co se nazývá supersymetrie. Pokud mají fermiony supersymetrické partnery, musí být také dlouhé tři generace. Jak jsou rozloženy jejich hmotnosti, může pomoci pochopit hromadné rozložení fermionů ve standardním modelu a také proč zapadají do těchto konkrétních vzorců.
Supersymetrie předpokládá existenci těžšího "superpartneru" / CERN / IES de SAR pro každou částici standardního modelu.
Bez ohledu na to, kolik generací částic existuje ve vesmíru, samotná skutečnost jejich přítomnosti zůstává záhadou. Na jedné straně „generace“nejsou ničím jiným než praktickou organizací částic hmoty ve standardním modelu. Je však zcela možné, že tato organizace mohla přežít v hlubší teorii (například v teorii, kde jsou kvarky složeny z ještě menších hypotetických částic - preonů), což může vysvětlit, proč se zdá, že kvarky a leptony tvoří tyto vzorce.
Koneckonců, i když standardní model ještě není definitivním popisem přírody, vykonal svou práci doposud docela dobře. Čím více se vědecká komunita přibližuje k okrajům mapy nakreslené touto teorií, tím bližší vědci se dostanou k pravdivému a přesnému popisu všech částic a jejich interakcí.
Vladimir Guillen