Standart Model hissəciklər fizikasında kainatın əsas hissəciklərinin və qüvvələrinin bir-biri ilə qarşılıqlı təsirini izah edən bir nəzəriyyədir. O, kvant mexanikasını və xüsusi nisbi nəzəriyyəni birləşdirir ki, maddənin strukturunu ən kiçik miqyasda başa düşmək üçün çərçivə təmin edir. Standart Model eksperimental sübutlarla dəstəklənir və elmdə ən ciddi şəkildə sınaqdan keçirilmiş nəzəriyyələrdən biridir.
Standart Model kainatda məlum olan dörd əsas qüvvədən üçünü təsvir edir: elektromaqnit, zəif nüvə və güclü nüvə qüvvələri. Buraya ümumi nisbi nəzəriyyə ilə təsvir edilən cazibə qüvvəsi daxil deyil. Model bütün məlum elementar hissəcikləri iki əsas qrupa təsnif edir: fermionlar və bozonlar.
Fermionlar maddənin tikinti bloklarıdır. Onlar iki qrupa bölünür: kvarklar və leptonlar. Kvarklar altı "ləzzətdə" gəlir: yuxarı, aşağı, cazibədar, qəribə, yuxarı və aşağı. Onlar xüsusi üsullarla birləşərək atomların nüvələrini təşkil edən proton və neytronları əmələ gətirirlər. Leptonlara elektronlar, muonlar, tauslar və onlara uyğun gələn neytrinolar daxildir. Elektronlar proton və neytronların əmələ gətirdiyi atom nüvəsinin ətrafında dövr edərək atomları təşkil edir.
Bozonlar fermionlar arasında əsas qüvvələrə vasitəçilik edən hissəciklərdir. Foton ( \(\gamma\) ) elektromaqnit qüvvəsinin daşıyıcısıdır, W və Z bozonları zəif nüvə qüvvəsinə vasitəçilik edir, qlüonlar ( \(g\) ) isə güclü nüvə qüvvəsini daşıyır. Higgs bozonu ( \(H\) ) Higgs sahəsi ilə əlaqəli xüsusi hissəcikdir və digər hissəciklərə kütlə verir.
Elektromaqnit qüvvəsi Kvant Elektrodinamikasının (QED) nəzəriyyəsi ilə təsvir edilmişdir. Fotonların mübadiləsi yolu ilə yüklü hissəciklər arasında qarşılıqlı təsirdən məsuldur. Elektromaqnit qüvvəsi elektronları atom nüvələrinə bağlayır və atomları əmələ gətirir. Elektromaqnit qüvvəsi üçün qarşılıqlı təsir tənliyi aşağıdakı kimi təqdim edilə bilər:
\( F = \frac{k e \cdot q 1 \cdot q_2}{r^2} \)burada \(F\) qüvvə, \(k e\) Kulon sabiti, \(q1\) və \(q_2\) yüklər, \(r\) yüklər arasındakı məsafədir.
Zəif nüvə qüvvəsi radioaktiv parçalanma və müəyyən nüvə reaksiyalarına cavabdehdir. W və Z bozonları tərəfindən vasitəçilik olunur. Zəif qüvvənin iştirak etdiyi prosesə misal olaraq, bir atomun nüvəsindəki bir neytronun bir elektron və elektron antineytrino ( \(\bar{\nu}_e\) ) yayaraq protona çevrildiyi beta parçalanmasını göstərmək olar. Qarşılıqlı əlaqə aşağıdakı kimi təqdim edilə bilər:
\( n \rightarrow p + e^- + \bar{\nu}_e \)Güclü nüvə qüvvəsi kvarkları bir-birinə bağlayaraq proton və neytronları əmələ gətirir və atom nüvəsini bir yerdə saxlayır. Dörd əsas qüvvədən ən güclüsüdür, lakin çox qısa məsafələrdə hərəkət edir. Güclü qüvvəyə qluonlar vasitəçilik edir və onun gücü Kvant Xromodinamikası (QCD) tərəfindən təsvir edilir. Kvarklar arasındakı qüvvə aşağıdakı kimi verilir:
\( F_{strong} \propto \frac{1}{r^2} \textrm{ qısa məsafələrdə} \)lakin məsafə ilə artır, proton və neytronlarda kvarkları məhdudlaşdırır.
Higgs mexanizmi hissəciklərin necə kütlə əldə etdiyini izah edir. O, kainata nüfuz edən bir sahəni, Hiqqs sahəsini təklif edir. Bu sahə ilə qarşılıqlı təsir göstərən hissəciklər kütlə qazanır; qarşılıqlı təsir nə qədər güclü olarsa, hissəcik də bir o qədər ağırdır. Higgs bozonu 2012-ci ildə CERN-in Böyük Adron Kollayderində (LHC) kəşf edilmiş bu sahə ilə əlaqəli kvantlaşdırılmış hissəcikdir.
Standart Modelin proqnozları çoxsaylı təcrübələr vasitəsilə təsdiqlənib. Görkəmli kəşflərə top kvark (1995), tau neytrino (2000) və Hiqqs bozonu (2012) daxildir. CERN-in Böyük Adron Kollayderi (LHC) və Fermilabın Tevatron toqquşdurucusu bu kəşflərdə mühüm rol oynamışdır. Bu təcrübələr yüksək enerjilərdə hissəciklərin toqquşmasını və maddənin əsas komponentləri və onlara təsir edən qüvvələr haqqında təsəvvürləri təmin edən nəticələrin müşahidəsini əhatə edir.
Standart Model son dərəcə uğurlu olsa da, onun məhdudiyyətləri var. Kainatın qaranlıq maddə və qaranlıq enerjisini, maddə-antimateriya asimmetriyasını və ya cazibə qüvvəsini izah etmir. Supersimmetriya və sim nəzəriyyəsi kimi nəzəriyyələr bu sirləri həll etmək üçün Standart Modelə genişlənmələr təklif edir, lakin bu nəzəriyyələr üçün eksperimental sübutlar hələ də yoxdur.
Hissəciklər fizikasında davam edən tədqiqatlar kainat haqqında anlayışımızı dərinləşdirmək məqsədi daşıyır, potensial olaraq dörd fundamental qüvvənin hamısını özündə birləşdirən və Standart Modelin cavabsız suallarını həll edən daha əhatəli nəzəriyyəyə gətirib çıxarır.
