Fysik bortom standardmodellen

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 30 januari 2021; kontroller kräver 12 redigeringar .

Fysik bortom standardmodellen (annars kallad New Physics [1] ) hänvisar till den teoretiska utvecklingen som behövs för att förklara bristerna i standardmodellen , såsom massans ursprung , det starka CP-problemet , neutrinoscillationer , materiens asymmetri. och antimateria , ursprunget till mörk materia och mörk energi . [2] Ett annat problem ligger i den matematiska grunden för själva standardmodellen - standardmodellen överensstämmer inte med den allmänna relativitetsteorin i den meningen att en eller båda teorierna faller isär i sina beskrivningar till mindre under vissa förhållanden (t.ex. , inom kända singulariteter av rum-tid som Big Bang och svarta håls händelsehorisonter ).

Teorier som ligger utanför standardmodellen inkluderar olika förlängningar av standardmodellen genom supersymmetri [1] , såsom Minimum Supersymmetric Standard Model och Next to the Minimum Supersymmetric Standard Model , eller helt nya förklaringar, såsom sträng teori , M-teori och extra dimensioner . Eftersom dessa teorier tenderar att vara helt överensstämmande med aktuella observerbara fenomen, eller inte drivs till den punkt av konkreta förutsägelser, kan frågan om vilken teori som är korrekt (eller åtminstone det "bästa steget" mot en Theory of Everything ) bara vara bestämt genom experiment.. Det är för närvarande ett av de mest aktiva forskningsområdena inom både teoretisk och experimentell fysik .

Problem med standardmodellen

Även om standardmodellen för närvarande är den mest framgångsrika teorin inom partikelfysik , är den inte perfekt. [3]

Oförklarliga experimentella observationer

Det finns ett antal experimentella naturobservationer som standardmodellen inte ger en adekvat förklaring till.

Teoretiska problem

Vissa funktioner i standardmodellen läggs till på ett speciellt sätt. De är inget problem i sig (det vill säga teorin fungerar bra med dessa speciella egenskaper), men de tyder på bristande förståelse. Dessa speciella egenskaper har fått teoretiker att leta efter mer fundamentala teorier med färre parametrar. Några av specialfunktionerna:

Supersymmetri

Supersymmetri är en hypotetisk symmetri som förbinder bosoner och fermioner i naturen [8] . En abstrakt supersymmetritransformation länkar samman de bosoniska och fermioniska kvantfälten , så att de kan förvandlas till varandra. Figurativt kan vi säga att transformationen av supersymmetri kan översätta materia till interaktion (eller till strålning ) och vice versa.

Supersymmetri innebär att (minst) antalet kända elementarpartiklar fördubblas på grund av närvaron av superpartners. Till exempel för en foton  - photino, quark  - squark , higgs  - higgsino , och så vidare. Superpartners måste ha ett spin -värde som är ett halvt heltal som skiljer sig från spin-värdet för den ursprungliga partikeln [9] [10] .

I dagsläget är supersymmetri en fysisk hypotes som inte har bekräftats experimentellt. Det är absolut fastställt att vår värld inte är supersymmetrisk i betydelsen exakt symmetri, eftersom i vilken supersymmetrisk modell som helst måste fermioner och bosoner som är förbundna med en supersymmetrisk transformation ha samma massa , laddning och andra kvanttal (med undantag för spin ). Detta krav är inte uppfyllt för partiklar som är kända i naturen. Det antas dock att det finns en energigräns bortom vilken fälten är föremål för supersymmetriska transformationer, men inte inom gränsen. I det här fallet visar sig superpartnerpartiklarna av vanliga partiklar vara mycket lätta jämfört med vanliga partiklar [11] .

Sökandet efter superpartners till vanliga partiklar är en av huvuduppgifterna för modern högenergifysik [11] . Det förväntas att Large Hadron Collider [12] kommer att kunna upptäcka och undersöka supersymmetriska partiklar, om de existerar, eller så att man kan tvivla på supersymmetriska hypoteser om inget hittas.

Grand Unified Theories

Standardmodellen har tre gauge symmetrier : färgerna SU(3) , svag isospin SU(2) och hyperladdning U(1) motsvarande tre fundamentala krafter. På grund av renormaliseringen ändras kopplingskonstanterna för var och en av dessa symmetrier beroende på energin vid vilken de mäts. Runt 10 19 GeV blir dessa obligationer ungefär lika. Detta ledde till förslaget att ovanför denna energi kombineras de tre mätarsymmetrierna i standardmodellen i en mätsymmetri med en enkel mätgruppsgrupp och endast en kopplingskonstant. Under denna energi bryts symmetrin spontant till standardmodellsymmetrierna. [13] Populära val för den sammanhållande gruppen är den speciella enhetsgruppen i fem dimensioner SU(5) och den speciella ortogonala gruppen i tio dimensioner SO(10) . [fjorton]

Teorier som förenar standardmodellens symmetri på detta sätt kallas Grand Unification Theories ( GUTs   ), och skalan av energier där den enhetliga symmetrin bryts kallas GUT-skalan. I allmänhet förutspår de stora förenade teorierna skapandet av magnetiska monopoler i det tidiga universum [15] och instabiliteten hos protonen . [16] Dessa förutsägelser, trots intensiv sökning, bekräftas inte experimentellt, och detta lägger restriktioner på möjliga GUT.

Kvantgravitation

Kvantgravitation är en forskningslinje inom teoretisk fysik , vars syfte är en kvantbeskrivning av gravitationsinteraktionen (och, om den lyckas, föreningen av gravitationen med de andra tre grundläggande interaktionerna på detta sätt , det vill säga konstruktionen av så kallad " teori om allting ").

Andra

Se även

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 Beyond the Standard Model . Elements.ru. Hämtad 10 maj 2013. Arkiverad från originalet 12 maj 2013.
  2. ↑ J. Womersley. Bortom standardmodellen. (inte tillgänglig länk) . Hämtad 30 juni 2011. Arkiverad från originalet 17 oktober 2007. 
  3. ↑ Lykken, Beyond the Standard Model , arxiv.org:1005.1676. . Datum för åtkomst: 30 juni 2011. Arkiverad från originalet den 9 januari 2016.
  4. ↑ 1 2 3 Valery Rubakov Det finns ett behov av en ny fysik. // Kunskap är makt , 2021, nr 6. - sid. 47-51
  5. ↑ Spännande nytt resultat från LHCb-experimentet vid CERN | CERN . Hämtad 13 april 2021. Arkiverad från originalet 12 april 2021.
  6. ↑ Forskare kan ha upptäckt "naturens femte kraft", fortfarande okänd för vetenskapen Arkivexemplar av 8 april 2021 på Wayback Machine // BBC Russian Service , 7 april 2021
  7. ↑ Diskrepansen mellan LHCb-data och standardmodellens förutsägelser har ökat • Science News . "Element" . Hämtad 9 april 2021. Arkiverad från originalet 25 mars 2021.
  8. ↑ Tomilin K. A. Grundläggande fysiska konstanter i historiska och metodologiska aspekter. Arkivexemplar daterad 14 juli 2014 på Wayback Machine M .: Fizmatlit, 2006, 368 s, sidan 153. (djvu)
  9. ↑ Simeon Bird, Ilias Cholis, Julian B. Muñoz, Yacine Ali-Haïmoud, Marc Kamionkowski, Ely D. Kovetz, Alvise Raccanelli, Adam G. Riess . Detekterade LIGO mörk materia?  (engelska) , Cornell University Library (1 mars 2016). Arkiverad 30 mars 2020. Hämtad 29 februari 2020.
  10. ↑ Nobelpristagaren föreslog upptäckten av supersymmetri  (ryska) , Lenta.ru (6 mars 2016). Arkiverad från originalet den 20 april 2017. Hämtad 29 februari 2020.
  11. ↑ 1 2 Finns supersymmetri i elementarpartiklarnas värld? . Åtkomstdatum: 29 februari 2020. Arkiverad från originalet den 2 juli 2014.
  12. ↑ CERN officiella korta tekniska rapport 2 juli 2008  (länk ej tillgänglig  )
  13. ↑ Peskin, Michael Edward; Schroeder, Daniel V. En introduktion till kvantfältteori  (obestämd) . - Addison-Wesley , 1995. - S. 786-791. — ISBN 9780201503975 .
  14. ↑ Buchmüller (2002), Neutrinos, Grand Unification and Leptogenesis, arΧiv : hep-ph/0204288v2 [hep-ph]. 
  15. ↑ Magnetiska monopoler . Hämtad 4 juli 2011. Arkiverad från originalet 1 april 2011.
  16. ↑ Pran Nath & Pavel Fileviez Perez (2006), Protonstabilitet i stora förenade teorier, i strängar och i braner, arΧiv : hep-ph/0601023v3 [hep-ph]. 

Länkar

 Fysik bortom standardmodellen
Bevis
teorier
supersymmetri
kvantgravitation
Experiment