Das Standardmodell der Partikel-Physik ist eine Theorie bezüglich der elektromagnetischen, schwachen und starken Kernwechselwirkungen, die die Dynamik der bekannten subatomaren Partikeln vermitteln. Entwickelt überall in der Mitte zum Ende des 20. Jahrhunderts wurde die aktuelle Formulierung Mitte der 1970er Jahre nach der experimentellen Bestätigung der Existenz von Quarken beendet. Seitdem haben Entdeckungen des untersten Quarks (1977), das Spitzenquark (1995) und das tau Neutrino (2000) weiteren Glauben zum Standardmodell gegeben. Wegen seines Erfolgs im Erklären eines großen Angebotes an experimentellen Ergebnissen wird das Standardmodell manchmal als eine Theorie von fast allem betrachtet.

Und doch, das Standardmodell bleibt dahinter zurück, eine ganze Theorie von grundsätzlichen Wechselwirkungen zu sein, weil es die Physik der dunklen Energie noch von der vollen Gravitationstheorie, wie beschrieben, durch die allgemeine Relativität nicht vereinigt. Die Theorie enthält keine lebensfähige dunkle Sache-Partikel, die alle erforderlichen aus der Beobachtungskosmologie abgeleiteten Eigenschaften besitzt. Es ist auch für Neutrino-Schwingungen (und ihre Nichtnullmassen) nicht richtig verantwortlich. Obwohl, wie man glaubt, das Standardmodell theoretisch konsequent ist, hat es mehrere anscheinend unnatürliche Eigenschaften, die Rätsel wie das starke BEDIENUNGSFELD-Problem und das Hierarchie-Problem verursachen.

Dennoch ist das Standardmodell für theoretische und experimentelle Partikel-Physiker gleich wichtig. Für Theoretiker ist das Standardmodell ein paradigmatisches Beispiel einer Quant-Feldtheorie, die eine breite Reihe der Physik einschließlich des spontanen Symmetrie-Brechens, der Anomalien, non-perturbative Verhalten usw. ausstellt. Es wird als eine Basis verwendet, um exotischere Modelle zu bauen, die hypothetische Partikeln, Extradimensionen vereinigen, und symmetries (wie Supersymmetrie) in einem Versuch sorgfältig ausarbeiten, experimentelle Ergebnisse an der Abweichung mit dem Standardmodell, wie die Existenz der dunklen Sache und Neutrino-Schwingungen zu erklären. Der Reihe nach haben Experimentatoren das Standardmodell in Simulatoren vereinigt, um zu helfen, nach neuer Physik außer dem Standardmodell zu suchen.

Kürzlich hat das Standardmodell Anwendungen in Feldern außer der Partikel-Physik, wie Astrophysik, Kosmologie und Kernphysik gefunden.

Historischer Hintergrund

Der erste Schritt zum Standardmodell war die Entdeckung von Sheldon Glashow 1960 einer Weise, die elektromagnetischen und schwachen Wechselwirkungen zu verbinden. 1967 haben Steven Weinberg und Abdus Salam den Mechanismus von Higgs in die electroweak Theorie von Glashow vereinigt, ihm seine moderne Form gebend.

Wie man

glaubt, verursacht der Higgs Mechanismus die Massen aller elementaren Partikeln im Standardmodell. Das schließt die Massen des W und Z bosons, und die Massen des fermions, d. h. die Quarke und leptons ein.

Nachdem die neutralen schwachen durch den Boson-Austausch verursachten Ströme an CERN 1973 entdeckt wurden, ist die electroweak Theorie weit akzeptiert und Glashow, Salam geworden, und Weinberg hat den 1979-Nobelpreis in der Physik geteilt, um es zu entdecken. Der W und Z bosons wurden experimentell 1981 entdeckt, und, wie man fand, waren ihre Massen als das vorausgesagte Standardmodell.

Die Theorie der starken Wechselwirkung, zu der viele beigetragen haben, hat seine moderne Form ungefähr 1973-74 erworben, als Experimente bestätigt haben, dass die hadrons aus unbedeutend beladenen Quarken zusammengesetzt wurden.

Übersicht

Zurzeit werden Sache und Energie am besten in Bezug auf den kinematics und die Wechselwirkungen von elementaren Partikeln verstanden. Bis heute hat Physik die Gesetze reduziert, das Verhalten und die Wechselwirkung aller bekannten Formen der Sache und Energie zu einem kleinen Satz von grundsätzlichen Gesetzen und Theorien regelnd. Eine Hauptabsicht der Physik ist, den "Übereinstimmungsbereich" zu finden, der alle diese Theorien in eine einheitliche Theorie von allem vereinigen würde, dessen alle anderen bekannten Gesetze spezielle Fälle sein würden, und von dem das Verhalten der ganzen Sache und Energie (mindestens im Prinzip) abgeleitet werden konnte.

Die Standardmustergruppen zwei noch vorhandene Haupttheorien — Quant electroweak und Quant chromodynamics — in eine innerlich konsequente Theorie, die die Wechselwirkungen zwischen allen bekannten Partikeln in Bezug auf die Quant-Feldtheorie beschreibt. Für eine technische Beschreibung der Felder und ihrer Wechselwirkungen, sieh Standardmodell (mathematische Formulierung).

Partikel-Inhalt

Fermions

Das Standardmodell schließt 12 elementare Partikeln der Drehung bekannt als fermions ein. Gemäß dem Drehungsstatistik-Lehrsatz respektieren fermions den Ausschluss-Grundsatz von Pauli. Jeder fermion hat ein entsprechendes Antiteilchen.

Die fermions des Standardmodells werden gemäß klassifiziert, wie sie aufeinander wirken (oder gleichwertig, dadurch, welche Anklagen sie tragen). Es gibt sechs Quarke (unten, Charme, sonderbar, Spitze, Boden), und sechs leptons (Elektron, Elektronneutrino, muon, muon Neutrino, tau, tau Neutrino). Paare von jeder Klassifikation werden zusammen gruppiert, um eine Generation mit entsprechenden Partikeln zu bilden, die ähnliches physisches Verhalten ausstellen (sieh Tisch).

Das Definieren-Eigentum der Quarke besteht darin, dass sie Farbenanklage, und folglich tragen, über die starke Wechselwirkung aufeinander wirken. Ein Phänomen genannt Farbenbeschränkung läuft auf Quarke hinaus, die fortwährend (oder mindestens seitdem sehr bald nach dem Anfang des Urknalls) gebunden zu einander sind, farbenneutrale zerlegbare Partikeln (hadrons) bildend, entweder ein Quark und ein Antiquark (Mesonen) oder drei Quarke (baryons) enthaltend. Das vertraute Proton und das Neutron sind die zwei baryons die kleinste Masse zu haben. Quarke tragen auch elektrische Anklage und schwachen isospin. Folglich wirken sie mit anderem fermions sowohl elektromagnetisch als auch über die schwache Wechselwirkung aufeinander.

Die restlichen sechs fermions tragen Farbenanklage nicht und werden leptons genannt. Die drei neutrinos tragen elektrische Anklage auch nicht, so wird ihre Bewegung nur durch die schwache Kernkraft direkt beeinflusst, die sie notorisch schwierig macht zu entdecken. Jedoch, auf Grund vom Tragen einer elektrischen Anklage, des Elektrons, muon, und tau wirken alle elektromagnetisch aufeinander.

Jedes Mitglied einer Generation hat größere Masse als die entsprechenden Partikeln von niedrigeren Generationen. Die erste Generation hat angeklagt, dass Partikeln nicht verfallen; folglich wird die ganze gewöhnliche (baryonic) Sache aus solchen Partikeln gemacht. Spezifisch bestehen alle Atome aus Elektronen, die Atomkerne schließlich umkreisen, die auf und ab in Quarken eingesetzt sind. Die zweiten und dritten Generationen haben Partikeln, andererseits, Zerfall mit der sehr kurzen Hälfte von Leben beladen, und werden nur in sehr energiereichen Umgebungen beobachtet. Neutrinos aller Generationen verfallen auch nicht, und durchdringen das Weltall, aber wirken selten mit baryonic Sache aufeinander.

Maß bosons

Im Standardmodell werden Maß-bosons als Kraft-Transportunternehmen definiert, die die starken, schwachen und elektromagnetischen grundsätzlichen Wechselwirkungen vermitteln.

Wechselwirkungen in der Physik sind die Weisen, wie Partikeln andere Partikeln beeinflussen. An einem makroskopischen Niveau erlaubt Elektromagnetismus Partikeln, mit einander über elektrische und magnetische Felder aufeinander zu wirken, und Schwerkraft erlaubt Partikeln mit der Masse, einander in Übereinstimmung mit der Theorie von Einstein der allgemeinen Relativität anzuziehen. Das Standardmodell erklärt solche Kräfte, wie sich aus Sache-Partikeln zu ergeben, die andere Partikeln austauschen, die als Kraft bekannt sind, die Partikeln vermittelt (genau genommen, das ist nur so, wenn es wörtlich interpretiert, was wirklich eine Annäherungsmethode ist, die als Unruhe-Theorie bekannt ist). Wenn eine Kraft, die vermittelt, Partikel an einem makroskopischen Niveau ausgetauscht wird, ist die Wirkung zu einer Kraft gleichwertig, die sie beide beeinflusst, und, wie man deshalb sagt, hat die Partikel vermittelt (d. h., ist der Agent gewesen) diese Kraft. Die Feynman Diagramm-Berechnungen, die eine grafische Darstellung der Unruhe-Theorie-Annäherung sind, rufen "Kraft an, die vermittelt, Partikeln", und wenn angewandt, energiereiche sich zerstreuende Experimente zu analysieren, sind in der angemessenen Abmachung mit den Daten. Jedoch scheitert Unruhe-Theorie (und damit das Konzept einer "Kraft vermittelnden Partikel") in anderen Situationen. Diese schließen Quant der niedrigen Energie chromodynamics, gebundene Staaten und solitons ein.

Das Maß bosons des Standardmodells alle haben Drehung (als sind wirklich Partikeln von Bedeutung). Der Wert der Drehung ist 1, sie bosons machend. Infolgedessen folgen sie dem Ausschluss-Grundsatz von Pauli nicht, der fermions beschränkt: So haben bosons (z.B Fotonen) keine theoretische Grenze auf ihrer Raumdichte (Zahl pro Volumen). Die verschiedenen Typen des Maßes bosons werden unten beschrieben.

• Fotonen vermitteln die elektromagnetische Kraft zwischen elektrisch beladenen Partikeln. Das Foton ist massless und wird durch die Theorie der Quant-Elektrodynamik gut beschrieben.
• Und Maß vermitteln bosons die schwachen Wechselwirkungen zwischen Partikeln von verschiedenen Geschmäcken (alle Quarke und leptons). Sie sind mit dem Wesen massiv, das massiver ist als. Die schwachen Wechselwirkungen, die exklusiv einschließen, folgen linkshändigen Partikeln und rechtshändigen Antiteilchen nur. Außerdem, das Tragen einer elektrischen Anklage +1 und −1 und Paare zur elektromagnetischen Wechselwirkung. Der elektrisch neutrale boson wirkt sowohl mit linkshändigen Partikeln als auch mit Antiteilchen aufeinander. Diese Drei-Maß-bosons zusammen mit den Fotonen werden zusammen, als das gesammelte Vermitteln der electroweak Wechselwirkung gruppiert.
• Die acht gluons mittelbar die starken Wechselwirkungen zwischen der Farbe haben Partikeln (die Quarke) beladen. Gluons sind massless. Die achtfältige Vielfältigkeit von gluons wird durch eine Kombination der Farben- und Antifarbenanklage (z.B rot-antigrün) etikettiert. Weil der gluon eine wirksame Farbenanklage hat, können sie auch unter sich aufeinander wirken. Der gluons und ihre Wechselwirkungen werden durch die Theorie des Quants chromodynamics beschrieben.

Die Wechselwirkungen zwischen allen durch das Standardmodell beschriebenen Partikeln werden durch das Diagramm an der Oberseite von dieser Abteilung zusammengefasst.

Higgs boson

Die Partikel von Higgs ist eine hypothetische massive elementare Skalarpartikel, die von Robert Brout, François Englert, Peter Higgs, Gerald Guralnik, C. R. Hagen und Tom Kibble 1964 theoretisiert ist (sieh PRL 1964-Symmetrie-Brechen-Papiere), und ist ein Schlüsselbaustein im Standardmodell. Es hat keine innere Drehung, und wird deshalb als ein boson klassifiziert (wie das Maß bosons, die Drehung der ganzen Zahl haben). Weil ein außergewöhnlich großer Betrag der Energie und Balken-Lichtstärke theoretisch erforderlich ist, einen Higgs boson in der hohen Energie colliders zu beobachten, ist es die einzige grundsätzliche Partikel, die durch das Standardmodell vorausgesagt ist, das noch beobachtet werden muss.

Higgs boson spielt eine einzigartige Rolle im Standardmodell durch das Erklären, warum die anderen elementaren Partikeln, außer dem Foton und gluon, massiv sind. Insbesondere Higgs boson würde erklären, warum das Foton keine Masse hat, während der W und Z bosons sehr schwer sind. Elementare Partikel-Massen und die Unterschiede zwischen dem Elektromagnetismus (hat durch das Foton vermittelt), und der schwachen Kraft (hat durch den W und Z bosons vermittelt), sind zu vielen Aspekten der Struktur von mikroskopischen (und folglich makroskopisch) Sache kritisch. In der electroweak Theorie erzeugt Higgs boson die Massen des leptons (Elektron, muon, und tau) und Quarke.

Bis jetzt hat kein Experiment die Existenz von Higgs boson abschließend entdeckt. Es wird gehofft, dass der Große Hadron Collider an CERN die Existenz dieser Partikel bestätigen wird. Bezüglich des Augusts 2011 ist ein bedeutender Teil der möglichen Massen für Higgs an 95-%-Vertrauensniveau ausgeschlossen worden: CM haben die Massenreihen 145-216 GeV, 226-288 GeV und 310-400 GeV ausgeschlossen, während das ATLAS-Experiment 146-232 GeV, 256-282 GeV und 296-466 GeV ausgeschlossen hat. Bemerken Sie, dass diese Ausschlüsse nur für den Normalen Vorbildlichen Higgs gelten, und dass kompliziertere Sektoren von Higgs, die in Außer den Standardmusterdrehbüchern möglich sind, bedeutsam schwieriger sein können zu charakterisieren. CERN Generaldirektor Rolf Heuer hat vorausgesagt, dass am Ende von 2012 entweder das Standardmodell Higgs boson beobachtet, oder in allen Massenreihen ausgeschlossen wird, andeutend, dass das Standardmodell nicht die ganze Geschichte ist.

Am 13. Dezember 2011 hat CERN bekannt gegeben, dass sowohl ATLAS als auch CM-Experimente 'Hinweise' von Higgs boson in an ungefähr 124GeV entdeckt hatten. Diese Ergebnisse waren nicht genug stark, um bekannt zu geben, dass Higgs boson gefunden worden war (ATLAS hat ein 2.3 Sigma-Niveau der Gewissheit für ein Übermaß an 126GeV gezeigt, während CM ein 1.9 Sigma-Niveau-Übermaß an 124GeV gezeigt haben), aber die Tatsache, dass zwei getrennte Experimente zeigen, dass Übermaße in derselben Energiereihe zu viel Aufregung in der Partikel-Physik-Welt geführt haben.

Feldinhalt

Das Standardmodell hat die folgenden Felder:

Drehung 1

1. Ein U (1) Maß Feld B mit der Kopplung g′ (schwacher U (1) oder schwache Hyperanklage)
2. Ein SU (2) Maß Feld W mit der Kopplung g (schwacher SU (2) oder schwacher isospin)
3. Ein SU (3) Maß Feld G mit der Kopplung g (starker SU (3), oder Farbenanklage)

Drehung

Die Drehungspartikeln sind in Darstellungen der Maß-Gruppen. Für den U (1) Gruppe verzeichnen wir den Wert der schwachen Hyperanklage stattdessen. Die linkshändigen fermionic Felder sind:

1. Ein SU (3) Drilling, SU (2) Dublette, mit U (1) schwache Hyperanklage (linkshändige Quarke)
2. Ein SU (3) Drilling, SU (2) Unterhemd, mit U (1) schwache Hyperanklage (linkshändiges Unten-Typ-Antiquark)
3. Ein SU (3) Unterhemd, SU (2) Dublette mit U (1) schwache Hyperanklage 1 (linkshändiger lepton)
4. Ein SU (3) Drilling, SU (2) Unterhemd, mit U (1) schwache Hyperanklage (linkshändiges-Typ-Antiquark)
5. Ein SU (3) Unterhemd, SU (2) Unterhemd mit U (1) schwache Hyperanklage 2 (linkshändiger antilepton)

Durch die CPT Symmetrie gibt es eine Reihe rechtshändiger fermions mit den entgegengesetzten Quantenzahlen.

Das beschreibt eine Generation von leptons und Quarken, und es gibt drei Generationen, also gibt es drei Kopien jedes Feldes. Bemerken Sie, dass es doppelt so viele linkshändige lepton Feldbestandteile als linkshändige antilepton Feldbestandteile in jeder Generation, aber eine gleiche Anzahl des linkshändigen Quarks und der Antiquark-Felder gibt.

Drehung 0

1. Ein SU (2) Dublette H mit U (1) Hyperanklage +1 (Feld von Higgs)

Bemerken Sie, dass, summiert über die zwei SU (2) Bestandteile, invariant sowohl unter SU (2) als auch unter U (1) ist, und so kann es als ein Renormalizable-Begriff in Lagrangian erscheinen, wie sein Quadrat kann.

Dieses Feld erwirbt einen Vakuumerwartungswert, eine Kombination des schwachen isospin, und der schwachen Hyperanklage ungebrochen verlassend. Das ist die elektromagnetische Maß-Gruppe, und das Foton bleibt massless. Die Standardformel für die elektrische Anklage (der die Normalisierung der schwachen Hyperanklage definiert, der sonst etwas willkürlich sein würde) ist:

:

Lagrangian

Der Lagrangian für die Drehung 1 und Drehungsfelder ist das allgemeinste Renormalizable-Maß Feld Lagrangian ohne feinen tunings:

• Drehung 1:

:

wo die Spuren über den SU (2) und SU (3) Indizes sind, die in W und G beziehungsweise verborgen sind. Die Zwei-Indizes-Gegenstände sind die Feldkräfte ist auf W und G die Vektorfelder zurückzuführen gewesen. Es gibt auch zwei verborgene Extrarahmen: Der theta angelt für SU (2) und SU (3).

Die Drehung - Partikeln können keine Massenbegriffe haben, weil es kein richtiges/linkes helicity Paar mit demselben SU (2) und SU (3) Darstellung und dieselbe schwache Hyperanklage gibt. Das bedeutet, dass, wenn die Maß-Anklagen im Vakuum erhalten wurden, keine der Drehungspartikeln jemals helicity tauschen konnte, und sie alle massless sein würden.

Für einen neutralen fermion, zum Beispiel ein hypothetischer rechtshändiger lepton N (oder N in der relativistischen zwei-spinor Notation), ohne SU (3), SU (2) Darstellung und Nullanklage, ist es möglich, den Begriff hinzuzufügen:

:

Dieser Begriff gibt dem neutralen fermion eine Masse von Majorana. Da der allgemeine Wert für die M des Auftrags 1 sein wird, würde solch eine Partikel allgemein unannehmbar schwer sein. Die Wechselwirkungen werden durch die Theorie völlig bestimmt - die leptons führen keine Extrarahmen ein.

Mechanismus von Higgs

Der Lagrangian für Higgs schließt den allgemeinsten renormalizable selbst Wechselwirkung ein:

::

Der Parameter v hat Dimensionen der Masse quadratisch gemacht, und es gibt die Position, wo klassischer Lagrangian an einem Minimum ist. In der Größenordnung vom Mechanismus von Higgs, zu arbeiten, muss v eine positive Zahl sein. v hat Einheiten der Masse, und es ist der einzige Parameter im Standardmodell, das nicht ohne Dimension ist. Es ist auch viel kleiner als die Skala von Planck; es ist der Masse von Higgs ungefähr gleich, und setzt die Skala für die Masse von etwas anderem. Das ist die einzige echte feine Einstimmung auf einen kleinen Nichtnullwert im Standardmodell, und es wird das Hierarchie-Problem genannt.

Es ist traditionell, den SU (2) Maß zu wählen, so dass die Dublette von Higgs im Vakuum Erwartungswert (v, 0) hat.

Massen und CKM Matrix

Der Rest der Wechselwirkungen ist die allgemeinste Drehung 0 Drehung - Wechselwirkungen von Yukawa, und es gibt viele von diesen. Diese setzen die meisten freien Rahmen im Modell ein. Die Yukawa Kopplungen erzeugen die Massen und mixings, sobald Higgs seinen Vakuumerwartungswert bekommt.

Die Begriffe LHR erzeugen einen Massenbegriff für jede der drei Generationen von leptons. Es gibt 9 dieser Begriffe, aber durch das Wiederbeschriften L und R kann die Matrix diagonalized sein. Da nur der obere Bestandteil von H Nichtnull, der obere SU (2) Bestandteil von L-Mischungen mit R ist, um das Elektron, den muon und den tau zu machen, über einen niedrigeren massless Bestandteil, das Neutrino abreisend. Bemerken Sie: Neutrino-Schwingungen zeigen, dass neutrinos Masse haben. Siehe auch: Matrix von Pontecorvo Maki Nakagawa Sakata.

Die Begriffe QHU erzeugen Massen, während QHD unten Massen erzeugen. Aber da es mehr als ein rechtshändiges Unterhemd in jeder Generation gibt, ist es zu diagonalize sowohl mit einer guten Basis für die Felder nicht möglich, als auch es gibt eine CKM Extramatrix.

Theoretische Aspekte

Aufbau des normalen vorbildlichen Lagrangian

Technisch stellt Quant-Feldtheorie das mathematische Fachwerk für das Standardmodell zur Verfügung, in dem Lagrangian die Dynamik und kinematics der Theorie kontrolliert. Jede Art der Partikel wird in Bezug auf ein dynamisches Feld beschrieben, das Raum-Zeit durchdringt. Der Aufbau des Standardmustererlöses im Anschluss an die moderne Methode, die meisten Feldtheorien zu bauen: Durch das erste Verlangen einer Reihe von symmetries des Systems, und dann durch das Niederschreiben allgemeinsten renormalizable Lagrangian von seiner Partikel (feld)-Inhalt, der diese symmetries beobachtet.

Die globale Symmetrie von Poincaré wird für alle relativistischen Quant-Feldtheorien verlangt. Es besteht aus der vertrauten Übersetzungssymmetrie, Rotationssymmetrie und die Trägheitsverweisung entwickeln sich invariance zentral zur Theorie der speziellen Relativität. Der lokale SU (3) ×SU (2) ×U (1) ist Maß-Symmetrie eine innere Symmetrie, die im Wesentlichen das Standardmodell definiert. Grob verursachen die drei Faktoren der Maß-Symmetrie die drei grundsätzlichen Wechselwirkungen. Der Feldfall in verschiedene Darstellungen der verschiedenen Symmetrie-Gruppen des Standardmodells (sieh Tisch). Nach dem Schreiben des grössten Teiles von General Lagrangian findet man, dass die Triebkräfte von 19 Rahmen abhängen, deren numerische Werte durch das Experiment gegründet werden. Die Rahmen werden im Tisch am Recht zusammengefasst.

Quant chromodynamics Sektor

Das Quant chromodynamics (QCD) Sektor definiert die Wechselwirkungen zwischen Quarken und gluons, mit SU (3) Symmetrie, die durch T erzeugt ist. Da leptons mit gluons nicht aufeinander wirken, werden sie durch diesen Sektor nicht betroffen. Der Dirac Lagrangian der mit den gluon Feldern verbundenen Quarke wird durch gegeben

::

ist der SU (3) Maß-Feld, das den gluons enthält, ist Dirac matrices, D, und U sind Dirac spinors, der mit - und Unten-Typ-Quarke vereinigt ist, und g ist die starke Kopplungskonstante.

Sektor von Electroweak

Der electroweak Sektor ist eine Yang-Mühle-Maß-Theorie mit der Symmetrie-Gruppe U (1) ×SU (2),

:

\mathcal {L} _ \mathrm {EW} =

\sum_\psi\bar\psi\gamma^\\mu

\left (i\partial_\mu-g^\\erst {1\over2} Y_\mathrm {W} B_\mu-g {1\over2 }\\vec\tau_\mathrm {L }\\vec W_\mu\right) \psi </Mathematik>

wo B der U (1) Maß-Feld ist; Y ist die schwache Hyperanklage — der Generator des U (1) Gruppe; ist der

Drei-Bestandteile-SU (2) Maß-Feld; sind Pauli matrices — unendlich kleine Generatoren des SU (2) Gruppe. Die Subschrift L zeigt an, dass sie nur verlassenem fermions folgen; g&prime; und g sind Kopplungskonstanten.

Sektor von Higgs

Im Standardmodell ist das Feld von Higgs ein Komplex spinor von der Gruppe SU (2):

:

\varphi = {1\over\sqrt {2} }\

\left (

\begin {Reihe} {c }\

\varphi^ + \\\varphi^0

\end {ordnen }\

\right) \;

</Mathematik>

wo die Indizes + und 0 die elektrische Anklage (Q) von den Bestandteilen anzeigen. Der schwache isospin (Y) beider Bestandteile ist 1.

Vor dem Symmetrie-Brechen ist Higgs Lagrangian:

:

\left ({\\partial^\\mu} -

{i\over2} \left (g'Y_\mathrm {W} B^\\mu + g\vec\tau\vec W^\\mu \right) \right)

\left (\partial_\mu + {i\over2} \left (g'Y_\mathrm {W} B_\mu

+g\vec\tau\vec-W_\mu \right) \right) \varphi \-\{\\ist lambda^2\over4 }\\(\varphi^\\dagger\varphi-v^2\right) ^2 \abgereist; </math>

der auch als geschrieben werden kann:

:\left (\partial_\mu + {i\over2} \left (g'Y_\mathrm {W} B_\mu

+g\vec\tau\vec-W_\mu \right) \right) \varphi\right |^2 \-\{\\ist lambda^2\over4 }\\(\varphi^\\dagger\varphi-v^2\right) ^2 \abgereist;. </math>

Zusätzlicher symmetries des Standardmodells

Aus dem theoretischen Gesichtspunkt stellt das Standardmodell vier zusätzliche globale symmetries aus, die nicht am Anfang von seinem Aufbau verlangt sind, insgesamt hat zufällige symmetries angezeigt, die dauernder U (1) globaler symmetries sind. Die Transformationen, Lagrangian invariant verlassend, sind:

::::

Die erste Transformationsregel ist Schnellschrift, die bedeutet, dass alle Quark-Felder für alle Generationen durch eine identische Phase gleichzeitig rotieren gelassen werden müssen. Die Felder, und, sind (muon) und 3. (tau) Generationsanaloga und Felder 2.

Durch den Lehrsatz von Noether hat jede Symmetrie oben ein verbundenes Bewahrungsgesetz: die Bewahrung der Baryonenzahl, Elektronzahl, muon Zahl und tau Zahl. Jedes Quark wird eine Baryonenzahl dessen zugeteilt, während jedes Antiquark eine Baryonenzahl dessen zugeteilt wird. Die Bewahrung der Baryonenzahl deutet an, dass die Zahl von Quarken minus die Zahl von Antiquarken eine Konstante ist. Innerhalb von experimentellen Grenzen ist keine Übertretung dieses Bewahrungsgesetzes gefunden worden.

Ähnlich werden jedes Elektron und sein verbundenes Neutrino eine Elektronzahl +1 zugeteilt, während das Antielektron und das verbundene Antineutrino eine 1 Elektronzahl tragen. Ähnlich werden der muons und ihr neutrinos zugeteilt eine muon Zahl +1 und der tau leptons wird ein tau lepton Zahl +1 zugeteilt. Das Standardmodell sagt voraus, dass jede dieser drei Zahlen getrennt gewissermaßen ähnlich der Weise erhalten werden sollte, wie Baryonenzahl erhalten wird. Diese Zahlen sind als lepton Familienzahlen (LF) insgesamt bekannt.

Symmetrie arbeitet verschieden für Quarke als für leptons hauptsächlich weil das Standardmodell (falsch) voraussagt, dass neutrinos massless sind. Jedoch 2002 wurde es entdeckt, dass neutrinos Masse (jetzt gegründet haben, um nicht größer zu sein, als 0.28 Elektronvolt), und weil neutrinos zwischen Geschmäcken schwingen (muon neutrinos, sind beobachtet worden, sich zu tau neutrinos ändernd), die Entdeckung der Neutrino-Masse zeigt an, dass die Bewahrung der lepton Familienzahl verletzt wird.

Zusätzlich zur Nebensache (aber genau) symmetries beschrieben oben stellt das Standardmodell mehrere ungefähre symmetries aus. Das ist der "SU (2) Aufsichtssymmetrie" und der "SU (2) oder SU (3) Quark-Geschmack-Symmetrie."

Liste des Standardmodells fermions

Dieser Tisch basiert teilweise auf von Particle Data Group gesammelten Daten.

Tests und Vorhersagen

Standard Model (SM) hat die Existenz des W und Z bosons, gluon, und der Spitze und Charme-Quarke vorausgesagt, bevor diese Partikeln beobachtet wurden. Ihre vorausgesagten Eigenschaften wurden mit der guten Präzision experimentell bestätigt. Um eine Idee vom Erfolg des SM zu geben, vergleicht der folgende Tisch die gemessenen Massen des W und Z bosons mit den durch den SM vorausgesagten Massen:

Der SM macht auch mehrere Vorhersagen über den Zerfall von Z bosons, die durch den Großen Elektronpositron Collider an CERN experimentell bestätigt worden sind.

Herausforderungen

Die Selbstkonsistenz des Standardmodells ist nicht mathematisch bewiesen worden. Während rechenbetonte Annäherungen (zum Beispiel Gitter-Maß-Theorie verwendend), bestehen, ist es nicht bekannt, ob sie in der Grenze zusammenlaufen. Eine mit der Konsistenz verbundene Schlüsselfrage ist die Yang-Mühle-Existenz und das Massenlücke-Problem.

Es gibt einige experimentelle Beweise, die mit neutrinos im Einklang stehend sind Masse zu haben, die das Standardmodell nicht erlaubt. Um solche Ergebnisse anzupassen, kann das Standardmodell durch das Hinzufügen einer non-renormalizable Wechselwirkung von lepton Feldern mit dem Quadrat des Feldes von Higgs modifiziert werden. Das ist in bestimmten großartigen vereinigten Theorien natürlich, und wenn neue Physik an ungefähr 10 GeV erscheint, sind die Neutrino-Massen der richtigen Größenordnung.

Zurzeit gibt es eine elementare Partikel, die durch das Standardmodell vorausgesagt ist, das noch beobachtet werden muss: Higgs boson. Ein Hauptgrund dafür, den Großen Hadron Collider zu bauen, besteht darin, dass, dessen hohe Energien es fähig ist, erwartet werden, Higgs boson erkennbar zu machen. Jedoch, bezüglich des Januars 2012, gibt es nur indirekte empirische Beweise für die Existenz von Higgs boson, so dass seine Entdeckung nicht gefordert werden kann. Außerdem sind einige theoretische Sorgen ausgedrückt worden postulierend, dass elementare Skalarpartikeln von Higgs nicht bestehen können (sieh Quant-Bedeutungslosigkeit).

Theoretische und experimentelle Forschung hat versucht, das Standardmodell in eine Vereinigte Feldtheorie oder eine Theorie von allem, eine ganze Theorie zu erweitern, alle physischen Phänomene einschließlich Konstanten erklärend. Die Unangemessenheit des Standardmodells, die solche Forschung motiviert, schließt ein:

• Es versucht nicht, Schwerkraft zu erklären, obwohl eine theoretische als ein graviton bekannte Partikel helfen würde, es, und unterschiedlich für die starken und electroweak Wechselwirkungen des Standardmodells zu erklären, gibt es keine bekannte Weise, allgemeine Relativität, die kanonische Gravitationstheorie durchweg in Bezug auf die Quant-Feldtheorie zu beschreiben. Der Grund dafür ist unter anderem, dass Quant-Feldtheorien des Ernstes allgemein vor dem Erreichen der Skala von Planck zusammenbrechen. Demzufolge haben wir keine zuverlässige Theorie für das sehr frühe Weltall;
• Einige denken, dass es ad hoc und unelegant ist, 19 numerische Konstanten verlangend, deren Werte ohne Beziehung und willkürlich sind. Obwohl das Standardmodell, weil es jetzt steht, erklären kann, warum neutrinos Massen haben, sind die Details der Neutrino-Masse noch unklar. Es wird geglaubt, dass das Erklären der Neutrino-Masse zusätzliche 7 oder 8 Konstanten verlangen wird, die auch willkürliche Rahmen sind;
• Der Higgs Mechanismus verursacht das Hierarchie-Problem, wenn eine neue Physik (wie Quant-Ernst) an hohen Energieskalen da ist. In der Größenordnung von der schwachen Skala, um viel kleiner zu sein, als die Skala von Planck ist die strenge feine Einstimmung von Standardmusterrahmen erforderlich;
• Es sollte modifiziert werden, um mit dem erscheinenden "Standardmodell der Kosmologie im Einklang stehend zu sein." Insbesondere Kann das Standardmodell nicht den beobachteten Betrag der kalten dunklen Sache (CDM) erklären und gibt Beiträge zur dunklen Energie, die zu groß sind. Es ist auch schwierig, das beobachtete Überwiegen der Sache über die Antimaterie (Asymmetrie der Sache/Antimaterie) anzupassen. Die Isotropie und Gleichartigkeit des sichtbaren Weltalls über große Entfernungen scheinen, einen Mechanismus wie kosmische Inflation zu verlangen, die auch eine Erweiterung des Standardmodells einsetzen würde.

Zurzeit ist keine vorgeschlagene Theorie von allem abschließend nachgeprüft worden.

Siehe auch

• PRL 1964-Symmetrie-Brechen-Papiere
• C. R. Hagen
• Diagramme: Diagramm von Feynman - Pinguin-Diagramm
• Elementare Partikel: Boson, Fermion
• Geschmack
• Grundsätzliche Wechselwirkung:
• Quant-Elektrodynamik
• Starke Wechselwirkung: Farbenanklage, Quant chromodynamics, Quark-Modell
• Schwache Wechselwirkung: Theorie von Electroweak, Theorie von Fermi des Beta-Zerfalls, der Schwachen Hyperanklage, Schwacher isospin
• Maß-Theorie: Nicht technische Einführung, um Theorie zu messen
• Generation
• Mechanismus von Higgs: Higgs boson, Modell von Higgsless
• J. C. Ward
• Preis von J. J. Sakurai für die theoretische Partikel-Physik
• Lagrangian
• Nichtersatzstandardmodell
• Geöffnete Fragen: Experiment von BTEV, BEDIENUNGSFELD-Übertretung, Neutrino-Massen, Quark-Sache
• Quant-Feldtheorie
• Standardmodell: Mathematische Formulierung, Physik außer dem Standardmodell
• Unpartikel-Physik

Zeichen und Verweisungen

Referenzen

Weiterführende Literatur

Einleitende Lehrbücher

Fortgeschrittene Lehrbücher

• Hebt die Maß-Theorie-Aspekte des Standardmodells hervor.
• Hebt dynamische und phänomenologische Aspekte des Standardmodells hervor.
• Hebt gruppentheoretische Aspekte des Standardmodells hervor.

Zeitschriftenartikel

Links

• "LHC sieht Hinweis des Leichtgewichtlers Higgs boson" "Neuer Wissenschaftler".
• "Standardmodell kann unvollständig," Neuer Wissenschaftler gefunden werden.
• "Beobachtung des Spitzenquarks" an Fermilab.
• "Der Normale Vorbildliche Lagrangian." Danach electroweak das Symmetrie-Brechen, ohne ausführlichen Higgs boson.
• "Normaler Vorbildlicher Lagrangian" mit ausführlichen Begriffen von Higgs. PDF, PostScript und LATEX-Versionen.
• "Das Partikel-Abenteuer." Webtutorenkurs.
• Nobes, Matthew (2002) "Einführung ins Standardmodell der Partikel-Physik" auf Kuro5hin: Teil 1, Teil 2, Teil 3a, Teil 3b.