სტანდარტული მოდელი

1960 წლის ბოლოს ფიზიკოსებმა შეიმუშავეს სტანდარტული მოდელი, 

სტანდარტული მოდელი ყველაზე უკეთ გვაძლევს წარმოდგენას იმ თავდაპირველ მატერიაზე რისგანაც შედგებოდა სამყარო.   ამ თეორიის მიხედვით :ყველა ნივთიერება შესდგემა 12 ფუნდამენტალური კვანტური ველისგან, სპინით ½ რომელთა კვანტებია ფუნდამენტალური ნაწილაკები ფერმიონები. ფერმიონები ერთიანდებიან 3 თაობად: 6 ლეპტონი(ელექტრონი, მიონი, ტაუ-ლეფტონი, ელექტრონული-ნეიტრინო, მიონური-ნეიტრინო და ტაუ-ნეიტრინო) 6 კვარკი (Uკვარკი ანუ ზედა კვარკი, (up-ზედა) +2/3, d-კვარკი, ანუ ქვედა (down-ქვედა) -1/3 , S-კვარკი , ანუ უცნაური კვარკი (stange)-1/3, C კვარკი, ანუ მოჯადოებული კვარკი (charmed-მოჯადოებული) +2/3, B კვარკი, ანუ უდაბლესი კვარკი (Bottom-უდაბლესი) -1/3. T კვარკი, ანუ ტოპ-კვარკი, უმაღლესი კვარკი (Top-ჭერი) +2/3. და 12 მათი შესაბამისი ანტინაწილაკი.ნებისმიერი სამი კვარკის ერთობლიობა იძლევა ნაწილაკთა დიდ ჯგუფს, რომლებსაც ბარიონებს უწოდებენ. ბარიონებს მიეკუთვნება პროტონი და ნეიტრონი. ვინაიდან პროტონს აქვს ელექტრული მუხტი +1, ამიტომ პროტონი არის ორი ზედა კვარკისა და ერთი ქვედა კვარკის კომპოზიცია (uud) , ნეიტრონი კი ორი ქვედა კვარკისა და ერთი ზედა კვარკის კომპოზიციაა (udd). ადვილი შესამჩნევია, რომ ნებისმიერი სამი ჯამური კვარკის მუხტი მთელი რიცხვია და შესაბამისი ნაწილაკიც უნდა არსებობდეს. ზოგი მათგანი ამ მოდელის შექმნისას არც იყო ცნობილი და მხოლოდ შემდეგ აღმოაჩინეს, რაც კვარკული მოდელის უდავო გამარჯვება იყო.

სხვადასხვა სახის კვარკ-ანტიკვარკების ერთობლიობა ქმნის ნაწილაკთა მეორე ჯგუფს, რომლებსაც მეზონებს უწოდებენ. ბარიონები და მეზონები გაერთიანებულია დიდ ოჯახში ჰადრონებში.

ამ ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედება ხორციელდება გადამტანი ნაწილაკებით. სულ არსებობს ურთიერთქმედების ოთხი სახე: ძლიერი (რომელიც ამაგრებს კვარკებს ნაწილაკების შიგნით), სუსტი (რომელსაც მივყავართ რადიაქტიური დაშლის ზოგიერთ ფორმებამდე), ელექტრომაგნიტური და გრავიტაციული. ძლიერი ფერადი ურთიერთქმედების გადამტანი არის გლუონი, რომელსაც არ აქვს მასა და ელექტრული მუხტი, ურთიერთქმედების ეს ტიპი აღწერილია კვანტურ ქრომოდინამიკაში (ქრომოდინამიკა სწავლობს ფერით გამოწვეულ ძალებს, რომელსაც საფუძველი ჩაეყარა 1965 წ. კერძოთ შემოიტანეს ფიზიკოსებმა ფერადი  კვარკების ცნება. არსებობს სამი ფერის კვარკი: წითელი, ლურჯი და მწვანე და რადგან ჰადრონი უფეროა, თეთრია ის მიიღბა ამ სამი ფერის კვარკის შერევით. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების გადამტანი არის ფოტონი, რომელსაც არ აქვს მასა. სუსტი ურთიერთქმედების გადამტანიაა კალიბრული ბოზონი, რომლის მასა 80-90ჯერ მეტია პროტონის მასაზე. მათი მიღება ჩვეულებრივ ლაბორატორიაში შეუძლებელია რადგან საჭიროა დიდი ენერგია. მისი აღმოჩენა შესაძლებელი გახდა 1980წ. ადრონულ კოლაიდეში. და მეოთხე გრავიტაციული ურთიერთქმედება, რომლის გადამტანად ითვლება გრავიტონი, რომელიც ჯერჯერობით აღმოჩენილი არ არის.

სტანდარტული მოდელის ჩარჩოში გრავიტაციული ურთიერთქმედების გარდა დანარჩენი სამი არ განიხილება ცალცალკე, არამედ ითვლება ბუნების ერთიანი ძალების სამ სხვადასხვა გამოვლინებათ. ძალები რომლებიც მოქმედებენ სამყაროში მაღალ  ტემპერატურაზე გარდაიქმნებიან ერთმანეთში რის შედეგად მათი გარჩევა შეუძლებელია. დიდი აფეთქებიდან  10-35წმ-ის განმავლობაში ტემპერატურა იყო ისეთ მაღალი, რომ სამყაროში არსებული ეს ოთხი ძალა იყო გაერთიანებული. ამის შემდეგ, როცა ტემპერატურა თანდათან შემცირდა ყველა ეს ოთხი ძალა  განცალკევდა და მიიღო დღევანდელი სახე.

ელექტროსუსტი და ძლიერი ბირთვული ურთიერთქმედების გაერთიანება ხდება ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე. ზუსტად ეს მოვლენა ექსპერიმენტალურად დადასტურდა ცერნში. ესე იგი სტანდარტული მოდელი წარმოადგენს სამყაროს აგებულების თეორიას, რომელშიც მატერია შედგება კვარკებისა და ლეპტონებისგან და სამი ურთიერთქმედება: ძლიერი, ელექტრომგნიტური და სუსტი გაერთიანებულია.

ელემენტარული ნაწილაკების თანამედროვე თეორია ეყრდნობა განსაკუტრებულ სიმეტრიას ელექტრომაგნიტურ და სუსტ ურთიერთქმედებას შორის ანუ ეს არის ელექტროსუსტი სიმეტრია. ითვლება რომ ეს სიმეტრია არსებობდა ადრეულ სამყაროში, როცა ნაწილაკები იყო უმასო, მაგრამ რაღაც დონეზე ეს სიმეტრია დაირღვა რადგან ნაწილაკებმა შეიძინეს მასა. ამის ასახსნელად 1964 წელს ჰიქსმა მოიგონა ჰიქსის მექანიზმი. ჰიქსის თეორიის დასადასტურებლად აუცილებელი იყო აღმოეჩინათ ჰიქსის ბოზონი, რაც საბოლოვოდ დაადასტურებდა სტანდარტული მოდელის თეორიას.

როგორ იძენს ნაწილაკი მასას? კვანტურ თეორიაში ნაწილაკები არ არიან (მყარი) ბურთულები, არამედ ეს არის კვანტები, ველის მერხევი ნაწილები. ყველა ველს აქვს ყველაზე დაბალი ენერგეტიკული მდგომარეობა, რომელსაც უწოდებენ ველის ვაკუუმს. ჩვეულებრი ვაკუუმი არის სადაც ნაწილაკები არ არის, ანუ როცა ველი ყველგან ნულის ტოლია, მაგრამ თუ არის ნაწილაკები , მაშინ ასეთ ველს აქვს მეტი ენერგია ვიდრე ვაკუუმს. ჰიქსის ველი მოწყობილია განსაკუთრებულად, მისი ვაკუუმი არ არის ნულის ტოლი. ის შედგება ჰიქსის ბოზონებისგან რომელსაც უწოდებენ ჰიქსის ველის კვანტებს, ეს ველი არის ყველგან, როცა ამ ველს ეჯახება ნაწილაკი ის იძენს მასას, ეს მასა მით მეტია რაც მეტი ძლიერ ეჯახება ველს ნაწილაკი. ზოგიერთი ნაწილაკები მაგალითად ფოტონები არ ურთიერთქმედებენ ამ ველთან,ამიტომ რჩებიან უმასოდ. თვითონ ჰიქსის ნაწილაკის მასა ძალიან დიდია დაახლოვებით 125გევი. 2013 წელს ადრონულ კოლაიდერში ორმა დეტექტორმა CMS მა და ATLAS მა ექსპერიმენტალურად დაადასტურა ჰიქსის ბოზონის არსებობა, კერძოდ მიიღო ნაწილაკი რომლის ენერგია იყო 125გევი. დღეს მეცნიერების ამოცანაა ამ სამ ურთიერთქმედებასთან გააერთიანონ მეოთხე გრავიტაციული ურთიერთქმედება, რასაც ფიზიკოსები უწოდებენ დიდი გაერთიანების თეორიას, ამას ჭირდება უფრო მაღალი ენერგია ვიდრე 7 ტევია, იმედია განახლებულ კოლაიდერში ეს პრობლემები დაიძლევა. 

პრეზენტაცია