Poleg temne snovi in temne energije, ki ji znanost ni znana, se standardni model fizike delcev sooča tudi s težavami pri razlagi, zakaj fermioni sestavljajo tri skoraj enake sklope.
Za teorijo, ki še vedno nima dovolj velikih sestavnih delov, je bil standardni model delcev in interakcij precej uspešen. Upošteva vse, s čimer se vsakodnevno srečujemo: protone, nevtrone, elektrone in fotone, pa tudi eksotiko, kot sta Higgsov bozon in resnični kvarki. Vendar je teorija nepopolna, saj ne more razložiti pojavov, kot sta temna snov in temna energija.
Uspeh standardnega modela je posledica dejstva, da ponuja koristen vodnik za delce snovi, ki jih poznamo. Generacije lahko imenujemo eden od teh pomembnih vzorcev. Videti je, da je lahko vsak delček snovi treh različnih različic, ki se razlikujejo le v masi.
Znanstveniki se sprašujejo, ali ima ta vzorec podrobnejšo razlago ali je lažje verjeti, da jo bo nadomestila kakšna skrita resnica.
Standardni model je meni, ki vsebuje vse znane temeljne delce, ki jih ni več mogoče razčleniti na njihove sestavne dele. Razdeljen je na fermione (delce materije) in bozone (delci, ki izvajajo interakcije).
Standardni model osnovnih delcev in interakcij / ALEPH kolaboracija.
Delci snovi vključujejo šest kvarkov in šest leptonov. Kvarki so naslednji: zgoraj, spodaj, očarljivi, čudni, resnični in čudoviti. Običajno ne obstajajo ločeno, ampak se združujejo, da tvorijo težje delce, kot so protoni in nevtroni. Leptoni vključujejo elektrone in njihove bratrance, mione in tau ter tri vrste nevtrinov (elektronski nevtrino, muonski nevtrino in tau nevtrino).
Vsi zgoraj navedeni delci so razdeljeni na tri "generacije", ki se dobesedno medsebojno kopirajo. Vrhunski, očarljivi in resnični kvarki imajo enak električni naboj, pa tudi enake šibke in močne interakcije: primarno se razlikujejo po masah, ki jim jih daje Higgsovo polje. Enako velja za navzdol, čudne in lepe kvarke, pa tudi za elektrone, muone in tau.
Promocijski video:
Kot že omenjeno, lahko takšne razlike nekaj pomenijo, vendar fiziki še niso ugotovili, kaj. Večina generacij se močno razlikuje. Na primer, tau lepton je približno 3.600-krat bolj masiven kot elektron, pravi kvark pa je skoraj 100.000-krat težji od up kvarka. Ta razlika se kaže v stabilnosti: težje generacije se razbijejo na lažja, dokler ne dosežejo najmehkejših stanj, ki ostanejo za vedno stabilna (kolikor je znano).
Generacije igrajo pomembno vlogo pri eksperimentiranju. Na primer, Higgsov bozon je nestabilen delec, ki razpade na številne druge delce, vključno s tau leptoni. Izkaže se, da se zaradi dejstva, da je tau najtežji delci, Higgsov bozon "raje" spremeni v tau pogosteje kot v mione in elektrone. Kot ugotavljajo pospeševalci delcev, je najboljši način za preučevanje interakcij Higgsovega polja z leptoni z opazovanjem razpada Higgsovega bozona v dve tau.
Razpad Higgsovega bozona v lepe kvarke / ATLAS Collaboration / CERN.
Ta vrsta opazovanja je v samem središču fizike standardnega modela: nalepite dva ali več delcev drug na drugega in poglejte, kateri delci se pojavijo, nato pa poglejte v ostanke vzorcev - in če boste imeli srečo, boste videli nekaj, kar ne ustreza vaši sliki.
In čeprav stvari, kot sta temna snov in temna energija, očitno ne ustrezajo sodobnim modelom, ima nekaj težav s samim Standardnim modelom. Na primer, v skladu z njo bi morali biti nevtrini brez mase, vendar so poskusi pokazali, da imajo nevtrini še vedno maso, četudi je neverjetno majhna. In za razliko od kvarkov in električno nabitih leptonov je razlika v masi med generacijami nevtrinov nepomembna, kar pojasnjuje njihova nihanja od ene vrste do druge.
Ker nimajo mase, se nevtrini ločijo med seboj, z maso - različni so. Razlika med njihovimi generacijami uganka tako teoretike kot eksperimentatorje. Kot je poudaril Richard Ruiz z univerze v Pittsburghu, "je vzorec, ki strmi v nas, vendar ne moremo natančno ugotoviti, kako naj bi ga razumeli."
Tudi če je samo en Higgsov bozon - tisti v standardnem modelu -, se lahko veliko opazujemo z opazovanjem njegovih interakcij in razpada. Na primer, če preverite, kako pogosto se Higgsov bozon pretvori v tau v primerjavi z drugimi delci, lahko preverite veljavnost standardnega modela, pa tudi namige o obstoju drugih generacij.
Seveda skoraj ni več generacij, saj bi moral biti kvark četrte generacije veliko težji kot celo pravi kvark. Toda anomalije pri Higgsovem razpadu veliko povedo.
Ponovno danes nihče od znanstvenikov ne razume, zakaj obstajajo natanko tri generacije delcev snovi. Kljub temu pa je struktura standardnega modela sama pojma, kaj se lahko skriva zunaj njega, vključno s tistim, kar je znano kot supersimetrija. Če imajo fermioni super-simetrične partnerje, morajo biti dolge tudi tri generacije. Porazdelitev njihovih mas lahko pomaga pri razumevanju množične porazdelitve fermionov v standardnem modelu in tudi, zakaj se ujemajo v te posebne vzorce.
Supersimetrija predvideva obstoj težjega "superpartnerja" / CERN / IES de SAR za vsak delček standardnega modela.
Ne glede na to, koliko generacij delcev je v vesolju, samo dejstvo njihove prisotnosti ostaja skrivnost. Po eni strani "generacije" niso nič drugega kot priročna organizacija delcev snovi v standardnem modelu. Vendar pa je povsem mogoče, da bi ta organizacija lahko preživela globljo teorijo (na primer teorijo, kjer so kvarki sestavljeni iz še manjših hipotetičnih delcev - preonov), kar lahko razloži, zakaj se zdi, da kvarki in leptoni tvorijo te vzorce.
Konec koncev, čeprav standardni model še ni dokončen opis narave, je svoje delo do zdaj opravil precej dobro. Bolj ko se znanstvena skupnost bliža robom zemljevida, ki ga je pripravila ta teorija, bližje je znanstvenikom resničen in točen opis vseh delcev in njihovih interakcij.
Vladimir Guillen