Субатомын тоосонцор нь орчлон ертөнцийн барилгын материал, атомаас ч жижиг бүрэлдэхүүн хэсгүүд юм. Эдгээр нь байгалийн хууль тогтоомж, материйн бүтцийг ойлгох үндэс суурь юм. Энэ хичээлийн туршид бид эдгээр бөөмс, тэдгээрийн шинж чанар, хэрхэн харилцан үйлчлэлцдэг талаар судалж, бөөмийн физикийг ойлгох үндэс суурийг тавьдаг.
Стандарт загвар нь таталцлыг эс тооцвол орчлон ертөнцийн мэдэгдэж буй дөрвөн үндсэн хүчний гурвыг нь тодорхойлсон онол бөгөөд мэдэгдэж буй бүх субатомын бөөмсийг ангилдаг. Энэ нь эдгээр бөөмсийг фермион (бодисын бөөмс) ба бозон (хүч зөөгч) гэж ангилдаг.
Фермионууд нь цаашлаад кварк, лептонд хуваагддаг бол бозонд фотон, W ба Z бозонууд, глюонууд, Хиггс бозонууд орно. Кваркууд нийлж атомын цөмийн бүрэлдэхүүн хэсэг болох протон ба нейтроныг үүсгэдэг бол лептонд цөмийг тойрон эргэдэг электронууд орно.
Кваркууд нь дээш, доош, сэтгэл татам, хачирхалтай, дээд, доод гэсэн зургаан төрлийн буюу "амт"-тай байдаг. Тэд бүх дөрвөн үндсэн хүчийг мэдэрдэг, тэр дундаа тэдгээрийг протон ба нейтроны дотор нэгтгэдэг хүчтэй цөмийн хүчийг мэдэрдэг. "Өнгөний хязгаарлалт" гэж нэрлэгддэг үзэгдлийн улмаас кваркууд хэзээ ч тусдаа байдаггүй; Тэд хос болон гурвын бүлгээрээ оршдог бөгөөд протон (хоёр дээш кварк, нэг доош кварк) ба нейтрон (хоёр доошоо кварк, нэг дээш кварк) зэрэг адронуудыг үүсгэдэг.
Харин лептончууд цөмийн хүчтэй хүчийг мэдэрдэггүй. Электрон бол атомын цөмийг тойрсон үүлэнд ихэвчлэн олддог хамгийн алдартай лептон юм. Бусад лептонуудад мюон, тау болон тэдгээрийн харгалзах нейтрино нь бараг массгүй бөгөөд бодистой маш сул харилцан үйлчилдэг.
Бозонууд нь үндсэн хүчийг зуучлагч бөөмс юм. Фотон нь цахилгаан соронзон хүчийг зөөгч бөгөөд W ба Z бозонууд нь цөмийн задралын процессыг хариуцдаг сул цөмийн хүчийг хариуцдаг. Глюонууд нь протон ба нейтроны дотор кваркуудыг нэгтгэж, хүчтэй цөмийн хүчийг зөөвөрлөнө. 2012 онд Том Адрон Коллайдер (LHC) дээр нээгдсэн Хиггс бозон нь бөөмсөнд масс өгдөг Хиггсийн талбайтай холбоотой.
Стандарт загварт багтсан бөөмийн төрөл бүр нь массын хувьд ижил боловч цахилгаан цэнэг гэх мэт бусад шинж чанараараа эсрэгээрээ харгалзах эсрэг бөөмстэй байдаг. Бөөм ба эсрэг бөөмс хоорондоо уулзах үед тэд устаж, массаа Эйнштейний тэгшитгэлийн дагуу энерги болгон хувиргадаг \(E = mc^2\) , энд \(E\) нь энерги, \(m\) нь масс, \(c\) нь гэрлийн хурд юм.
Хэд хэдэн туршилтууд нь бидний субатомын бөөмсийг ойлгоход чухал үүрэг гүйцэтгэсэн:
QCD нь кварк ба глюонуудын хооронд ажилладаг дөрвөн үндсэн хүчний нэг болох хүчтэй цөмийн хүчийг тайлбарладаг онол юм. Энэ нь кваркууд нь "өнгөт цэнэг" гэж нэрлэгддэг шинж чанарыг агуулдаг бөгөөд өнгөт цэнэгийг агуулдаг глюонуудын солилцоо нь хүчтэй хүчийг зуучилдаг гэж үздэг. Хүчтэй хүчний хүч нь кваркууд ойртох тусам буурдаг бөгөөд үүнийг "ассимптозын эрх чөлөө" гэж нэрлэдэг.
Цахилгаан сул онол нь цахилгаан соронзон ба сул цөмийн хүчийг нэг системд нэгтгэдэг. Энэ нь эрчим хүчний өндөр түвшинд (Их тэсрэлтийг шууд дагаж буй хүчнүүд гэх мэт) эдгээр хоёр хүч хэрхэн нэг хүн шиг ажилладагийг тайлбарладаг. Энэ онол нь W ба Z бозонуудын оршин тогтнохыг урьдчилан таамаглаж, хожим туршилтаар батлагдсан.
Хэдийгээр амжилтанд хүрсэн ч Стандарт загвар нь бүрэн гүйцэд биш юм. Энэ нь харьцангуйн ерөнхий онолоор тодорхойлсон таталцлыг агуулдаггүй, эсвэл орчлон ертөнцийн ихэнх хэсгийг бүрдүүлдэг харанхуй бодис, харанхуй энергийг тайлбарладаггүй. Супер тэгш хэм, мөрний онол зэрэг онолууд нь Стандарт загварт өргөтгөлүүдийг санал болгож, эдгээр нууцыг шийдвэрлэх оролдлого хийх шинэ бөөмс, үзэл баримтлалыг нэвтрүүлдэг.
Дүгнэж хэлэхэд, материйн хамгийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг болох субатомын бөөмс нь орчлон ертөнцийн бүтэц, түүнийг бүрдүүлдэг далд хүчийг ойлгох салшгүй хэсэг юм. Стандарт загвар болон шинэлэг туршилтууд зэрэг онолын хүрээнд эдгээр бөөмсийг судлах нь сансар огторгуйн талаарх бидний мэдлэгийг сорьж, өргөжүүлсээр байна.
