Стандартна модель всесвіту

Відео: Стандартна модель фундаментальних взаємодій - Дмитро Казаков

Стандартна модель - це теорія, яка відображає сучасні уявлення про вихідний базовому матеріалі для побудови Всесвіту. Ця модель описує, яким чином утворюється матерія зі своїх базових компонентів, які сили взаємодії існують між її компонентами.

Відео: Стандартна модель і нова фізика (розповідає фізик Михайло Данилов)

Суть стандартної моделі

За своєю структурою всі елементарні частинки (нуклони), з яких складається атомне ядро, так само, як і будь-які важкі частки (адрони), складаються з ще більш дрібних елементарних частинок, званих фундаментальними.

Такими первинними елементами матерії в даний час вважаються кварки. Найбільш легкі і поширені кварки діляться на верхні (u) і нижні (d). Протон складається з комбінації кварків uud, а нейтрон - udd. Заряд u-кварка дорівнює 2/3, а у d-кварка - негативний заряд, -1/3. Якщо порахувати суму зарядів кварків, то заряди протона і нейтрона вийдуть строго рівними 1 і 0. Це дає підставу вважати, що стандартна модель абсолютно адекватно описує реальність.

Існує ще кілька пар кварків, які становлять більш екзотичні частинки. Так, другу пару складають зачарований (с) і дивний (s) кварки, а третю пару - істинний (t) і красивий (b).

Майже всі частинки, які змогла передбачити стандартна модель, вже відкриті експериментальним шляхом.

Крім кварків, як «будівельного матеріалу" виступають так звані лептони. Вони теж утворюють три пари частинок: електрон з електронним нейтрино, мюон з мюонним нейтрино, тау-лептон з тау-лептонним нейтрино.

Кварки і лептони, на думку вчених, є головним будівельним матеріалом, на основі якого була створена сучасна модель Всесвіту. Вони взаємодіють між собою за допомогою частинок-переносників, які передають силові імпульси. Існує чотири основних види подібної взаємодії:

- Сильне, завдяки якому кварки утримуються всередині частинок;

- Електромагнітне;

- Слабке, яке призводить до форм розпаду;

- Гравітаційне.

Сильне колірне взаємодія переносять частинки, звані глюонами, які мають відсутні маса і електричний заряд. Квантова хромодинамика вивчає саме цей тип взаємодії.

Електромагнітна взаємодія здійснюється шляхом обміну позбавленими маси фотонами - квантами електромагнітного випромінювання.

слабка взаємодія відбувається завдяки масивним векторних бозонів, які майже в 90 разів більше протонів.

Гравітаційна взаємодія забезпечує обмін гравітонами, у яких немає маси. Правда, експериментально виявити ці частки поки не вдалося.

Відео: Дмитро Казаков, Валерій Рубаков. Фізика елементарних частинок. Частина 2

Стандартна модель розглядає перші три типи взаємодії як три різних прояви єдиної природи. Під впливом високих температур сили, які діють у Всесвіті, фактично сплавляються воєдино, внаслідок чого їх неможливо потім розрізнити. Першими, як з`ясували вчені, об`єднуються слабке ядерна взаємодія та електромагнітне. В результаті воно створює електрослабкої взаємодія, яке ми можемо спостерігати в сучасних лабораторіях при роботі прискорювачів елементарних частинок.

Теорія Всесвіту свідчить, що в період свого виникнення, в перші мілісекунди після Великого Вибуху, грань між електромагнітними і ядерними силами була відсутня. І тільки після зниження середньої температури Всесвіту до 10 14 І на, чотири типи взаємодії змогли розділитися і прийняти сучасного вигляду. Поки ж температура була вище даної позначки, діяли тільки фундаментальні сили гравітаційного, сильного і електрослабкої взаємодії.

Електрослабка взаємодія об`єднується з сильним ядерним при температурі близько 10 27 Між, що недосяжно в сучасних лабораторних умовах. Але подібними енергіями зараз не володіє навіть сам Всесвіт, тому практично підтвердити або спростувати цю теорію поки не представляється можливим. Але теорія, яка описує процеси об`єднання взаємодій, дозволяє дати деякі прогнози щодо процесів, що відбуваються при більш низьких рівнях енергії. І ці прогнози зараз підтверджуються експериментально.

Таким чином, стандартна модель пропонує теорію будови Всесвіту, матерія якої складається з лептонів і кварків, а види взаємодії між цими частинками описуються в теоріях великого об`єднання. Модель поки є неповною, оскільки вона не включає гравітаційна взаємодія. З подальшим розвитком наукового знання і технологій цю модель можна буде доповнити і розвити, але в даний час - це найкраще з того, що змогли розробити учені.