International Physics Masterclasses

Standard Modellen

Højenergifysik er studiet af de grundlæggende byggesten af stof og vekselvirkningerne imellem dem. Den teori der for tiden på elegant vis sammenfatter forståelsen i feltet, Standard Modellen (SM), beskriver vekselvirkninger mellem de fundamentale bestanddele af stof, grupperet i tre generationer af kvarker og leptoner, som vist i figuren nedenfor, og deres antipartikler.

De elektromagnetiske, svage og stærke kræfter formidles gennem udveksling af bosoner og opstår ud af fundamentale symmetrier, som er relaterede til bevarelseslove. Den elektromagnetiske kraft, med uendelig rækkevidde formidles af fotonen. Den kortrækkende stærke kraft mellem kvarker bæres af masseløse, farvede gluoner og farveladning er bevaret.

Ved høje energier kan de elektromagnetiske og de svage kræfter beskrives ved en forenet kraft. De tunge W og Z bosoner modsvarer den korte rækkevidde af den svage kraft. Den svage ladning, som er skjult for os, er i modsætning til den elektriske ladning, ikke bevaret.

Den kendsgerning, at partiklernes masser er meget små, gør at tyngdekraften kan negligeres i sammenligning med de tre andre kræfter.

Leptoner er frie partikler. De kan være ladede (e-, μ-, τ-), så de påvirkes af både elektromagnetiske og svage kræfter, eller neutrale (neutrinoer: νe, νμ, ντ), så de kun påvirkes af den svage kraft.Kvarker er partikler, der påvirkes af alle tre slags kræfter. Der findes ingen frie kvarker i naturen: Man observerer kun kvarkerne sat sammen i partikler kaldet hadroner. Blandt dem er protonen og neutronen de bedst kendte.

Any introduction of particle masses would break the electroweak symmetry and render the theory unpredictable. To avoid this, the Higgs mechanism spontaneously breaks the symmetry by postulating that the vacuum is filled with a new field that only carries weak charge. Particles that carry weak charge (W and Z bosons, quarks and leptons, and the Higgs particle, H, associated to the Higgs field) are slowed down by interacting with the Higgs field and acquire mass. The Higgs mass, mH, is not predicted by the Higgs mechanism.

The discovery of the long awaited Higgs boson was announced by the ATLAS and CMS collaborations in July 2012. The Higgs boson mass is approximately 125 GeV.

While scientists at CERN continue to study the Higgs boson to see whether its properties are really as predicted by the Higgs mechanism, you have the opportunity through the “Z-Path” to search for and find the Higgs boson just as scientists did just a couple of years ago!