International Physics Masterclasses

Štandardný model

Fyzika častíc vysokých energií skúma základné stavebné jednotky hmoty a interakcie medzi nimi. Teória, ktorá elegantne sumarizuje poznatky na tomto poli, Štandardný model (SM), popisuje interakcie medzi základnými zložkami hmoty. Tie sú rozdelené do troch rodín (generácií) kvarkov a leptónov, ako je zobrazené na obrázku nižšie a ich antičastíc.

Elektromagnetická, slabá a silná sila sú sprostredkovávané výmenou bozónov a sú generované základnými symetriami, ktoré sú vzťahované k zákonom zachovania. Nekonečný dosah elektromagnetickej sily je sprostredkovaný nehmotným fotónom a elektrický náboj sa zachováva. Silnú interakciu medzi kvarkami, ktorá má krátky dosah sprostredkuje nehmotné bezfarebné gluóny, pričom sa zachováva farebný náboj.

Pri vysokých energiách sú slabá a elektromagnetická interakcia popisované ako jednotná elektroslabá sila. Ťažké W a Z bozóny sú kompatibilné s povahou slabej interakcie, ktorá ma krátky dosah. Slabý náboj, ktorý je pred nami schovaný, na rozdiel od elektrického náboja, sa nezachováva.

Sily sú sprostredkované cez výmenu častíc nazývaných bozóny: fotóny pre elektromagnetickú (EM) silu, W a Z bozóny pre slabú silu a gluóny pre silnú “farebnú” silu.

Keďže hmotnosti častíc sú veľmi malé, gravitačná sila je zanedbateľná v porovnaní s ostatnými troma silami. Leptóny sú voľné častice. Môžu byť buď nabité (e-, μ-, τ-), teda cítia obidve sily, elektromagnetickú aj slabú, alebo neutrálne (neutrína: νe, νμ, ντ), ktoré interagujú len slabo.
Kvarky sú častice citlivé na všetky tri interakcie. V prírode neexistujú voľné kvarky: Pozorujeme len zložené stavy kvarkov nazývané hadróny, z ktorých najznámejšie sú protón a neutrón.

Akékoľvek zavedenie hmotnosti častíc by porušilo elektroslabú symetriu a urobilo by teóriu nepredvídateľnou. Aby sa tomu vyhlo, Higgsov mechanizmus spontánne narúša symetriu postulovaním, že vákuum je naplnené novým poľom, ktoré prenáša iba slabý náboj. Častice, ktoré prenášajú slabý náboj (W a Z bozón, kvarky, leptóny a Higgsova častica, H je asociované s Higgsovým poľom) sú spomaľované pri interakcii s Higgsovým poľom a získavajú hmotnosť. Hmotnosť Higgsovho bozónu, mH, nie je predpovedaná Higgsovým mechanizmom.

Objav dlho očakávaného Higgsovho bozónu bol ohlásený kolaboráciami ATLAS a CMS v júli 2012. Hmotnosť Higgsovho bozónu je približne 125 GeV.

Zatial čo vedci v CERNe pokračujú v skúmaní Higgsovho bozónu, aby zistili či sú jeho vlastnosti naozaj také ako predpovedá Higgsov mechanizmus, vy máte tú možnosť prostredníctvom “Alternatívy Z” hľadať a nájsť Higgsov bozón, podobne ako už pred pár rokmi urobili vedci!