Стандартная модель физики элементарных частиц — это теория, описывающая три из четырех известных фундаментальных сил ( электромагнитное , слабое и сильное взаимодействия, без учета гравитации ) во Вселенной , а также классифицирующая все известные элементарные частицы . Он разрабатывался поэтапно на протяжении второй половины 20-го века в результате работы многих ученых по всему миру [1] , а нынешняя формулировка была завершена в середине 1970-х годов после экспериментального подтверждения существования кварков .. С тех пор подтверждение существования топ-кварка (1995 г.), тау-нейтрино (2000 г.) и бозона Хиггса (2012 г.) еще больше усилило доверие к Стандартной модели. Кроме того, Стандартная модель с большой точностью предсказала различные свойства слабых нейтральных токов и бозонов W и Z.
Хотя Стандартная модель считается теоретически самосогласованной [2] и продемонстрировала огромные успехи в предоставлении экспериментальных предсказаний , она оставляет некоторые явления необъяснимыми и не может быть полной теорией фундаментальных взаимодействий . Он не полностью объясняет барионную асимметрию , не включает полную теорию гравитации [3] , описанную общей теорией относительности , и не объясняет ускоряющееся расширение Вселенной , которое, возможно, описывается темной энергией . Модель не содержит жизнеспособной темной материи .частица, обладающая всеми требуемыми свойствами, выведенными из наблюдательной космологии . Он также не включает осцилляции нейтрино и их ненулевые массы.
Разработка Стандартной модели велась как теоретиками , так и физиками - экспериментаторами . Для теоретиков Стандартная модель — это парадигма квантовой теории поля , которая демонстрирует широкий спектр явлений, включая спонтанное нарушение симметрии , аномалии и непертурбативное поведение. Он используется в качестве основы для построения более экзотических моделей, которые включают гипотетические частицы , дополнительные измерения и сложные симметрии (такие как суперсимметрия ) в попытке объяснить экспериментальные результаты, противоречащие Стандартной модели, такие как существование темной материи и нейтрино. колебания.
В 1954 году Чен Нин Янг и Роберт Миллс расширили концепцию калибровочной теории для абелевых групп , например квантовой электродинамики , на неабелевы группы , чтобы дать объяснение сильных взаимодействий . [4] В 1957 году Чиен-Шюн Ву продемонстрировал , что четность не сохраняется в слабом взаимодействии . [5] В 1961 году Шелдон Глэшоу объединил электромагнитное и слабое взаимодействия . [6] В 1967 году Стивен Вайнберг [7]и Абдус Салам [8] включил механизм Хиггса [9] [10] [11] в электрослабое взаимодействие Глэшоу , придав ему его современную форму.
Считается, что механизм Хиггса определяет массу всех элементарных частиц в Стандартной модели. Сюда входят массы W- и Z-бозонов и массы фермионов , т . е. кварков и лептонов .
После того, как нейтральные слабые токи , вызванные обменом Z-бозонами , были обнаружены в ЦЕРНе в 1973 г., [12] [13] [14] [15] электрослабая теория получила широкое признание, и Глэшоу, Салам и Вайнберг разделили Нобелевскую премию по физике 1979 г. за обнаружив это. Бозоны W ± и Z 0 были обнаружены экспериментально в 1983 г.; и соотношение их масс оказалось таким, как предсказывала Стандартная модель. [16]