Modelul Standard al Universului

Modelul standard este o teorie care reflectă conceptele moderne despre materialul inițial de bază pentru construirea universului. Acest model descrie modul în care materia se formează din componentele sale de bază, ce forțe de interacțiune există între componentele sale.

Esența modelului standard

În structura sa, toate particulele elementare (nucleonii), din care nucleul atomic, la fel ca orice particule grele (hadroni), constau din particule simple, mai mici, numite particule fundamentale.

Astfel de elemente primare ale materiei sunt acum considerate drept quarks. Cele mai ușoare și mai frecvente cuarci sunt împărțite în partea superioară (u) și mai mică (d). Protonul constă dintr-o combinație de quarks uud și un neutron - udd. Încărcarea u-quark-ului este egală cu 2/3, în timp ce d-quark-ul are o încărcătură negativă, -1/3. Dacă se calculează suma sarcinilor cuarcilor, atunci tarifele pentru protoni și neutroni se dovedesc a fi strict egale cu 1 și 0. Aceasta dă motive să creadă că modelul standard descrie absolut în mod adecvat realitatea.

Există mai multe perechi de cuarci care formează particule mai exotice. A doua pereche constă din quarks charmed (c) și ciudat (s), iar a treia pereche este adevărată (t) și frumoasă (b).

Aproape toate particulele care ar putea prezice modelul standard au fost deja descoperite experimental.

În plus față de cuarci, așa-numitele leptoni acționează ca un "material de construcție". Ele formează, de asemenea, trei perechi de particule: un electron cu un neutrino-electron, un muon cu un neutrino muon, un tau lepton cu un tau lepton neutrino.

Quark-urile și leptonii, conform oamenilor de știință, reprezintă principalul material de construcție pe baza căruia a fost creat modelul modern al Universului. Ei interacționează unul cu altul cu ajutorul unor particule purtătoare care transmit impulsuri de putere. Există patru tipuri principale de astfel de interacțiuni:

- puternică, datorită căreia se află cuarcii în interiorul particulelor;

- electromagnetice;

- slab, ceea ce duce la forme de descompunere;

- gravitațional.

Interacțiunea puternică de culoare poartă particule numite gluoni, cărora le lipsește masa și încărcătura electrică. Cromodinamica cuantică studiază acest tip de interacțiune.

Interacțiunea electromagnetică se efectuează prin schimbul de fotoni fără masă - cuantele radiației electromagnetice.

Slabă interacțiune se datorează unor bosoni vectori masivi, care sunt aproape de 90 de ori mai mari decât protonii.

Interacțiunea gravitațională asigură schimbul de gravitoni, care nu au masă. Cu toate acestea, nu a fost posibil să se detecteze încă aceste particule în mod experimental.

Modelul standard consideră primele trei tipuri de interacțiuni ca trei manifestări diferite de o singură natură. Sub influența temperaturilor ridicate, forțele care acționează în Univers sunt de fapt combinate, astfel încât să nu poată fi discutate mai târziu. Primul, după cum au aflat oamenii de știință, sunt interacțiunile slabe nucleare și electromagnetice. Ca rezultat, ea creează o interacțiune electroweak, pe care o putem observa în laboratoarele moderne în timpul funcționării acceleratoarelor de particule.

Teoria universului spune că în perioada apariției sale, în primele milisecunde după Big Bang, linia dintre forțele electromagnetice și cele nucleare a fost absentă. Și numai după diapozitiv temperatura medie Universul de până la 10 14 K, patru tipuri de interacțiune au putut să se despartă și să aibă un aspect modern. În timp ce temperatura a fost mai mare decât această marcă, au acționat numai forțele fundamentale ale interacțiunii gravitaționale, puternice și electroweak.

Interacțiunea electroweak este combinată cu o reacție nucleară puternică la o temperatură de aproximativ 10 27 K, ceea ce este imposibil de atins în condițiile moderne de laborator. Cu toate acestea, chiar Universul însuși nu posedă astfel de energii, prin urmare, nu este încă posibil să se confirme sau să se respingă această teorie practic. Dar teoria, care descrie procesele de combinare a interacțiunilor, ne permite să dăm câteva predicții despre procesele care se produc la niveluri mai scăzute de energie. Și aceste previziuni sunt acum confirmate experimental.

Astfel, modelul standard oferă o teorie structura universului, a cărui materie constă din leptoni și cuarci, iar tipurile de interacțiune dintre aceste particule sunt descrise în teorii majore de unificare. Modelul este încă incomplet, deoarece nu include interacțiunea gravitațională. Odată cu dezvoltarea ulterioară a cunoștințelor și tehnologiilor științifice, acest model poate fi suplimentat și dezvoltat, însă în prezent este cel mai bine să se dezvolte oamenii de știință.