मानक मॉडल कण भौतिकी में एक सिद्धांत है जो बताता है कि ब्रह्मांड के मूल कण और बल एक दूसरे के साथ कैसे बातचीत करते हैं। यह क्वांटम यांत्रिकी और विशेष सापेक्षता को जोड़ता है ताकि सबसे छोटे पैमाने पर पदार्थ की संरचना को समझने के लिए एक रूपरेखा प्रदान की जा सके। मानक मॉडल प्रायोगिक साक्ष्य द्वारा समर्थित है और विज्ञान में सबसे कठोर रूप से परीक्षण किए गए सिद्धांतों में से एक है।
मानक मॉडल ब्रह्मांड में ज्ञात चार मूलभूत बलों में से तीन का वर्णन करता है: विद्युत चुम्बकीय, कमजोर परमाणु और मजबूत परमाणु बल। इसमें गुरुत्वाकर्षण शामिल नहीं है, जिसे सामान्य सापेक्षता द्वारा वर्णित किया गया है। मॉडल सभी ज्ञात मूल कणों को दो मुख्य समूहों में वर्गीकृत करता है: फ़र्मियन और बोसॉन।
फ़र्मियन पदार्थ के निर्माण खंड हैं। उन्हें दो समूहों में विभाजित किया गया है: क्वार्क और लेप्टन। क्वार्क छह "स्वादों" में आते हैं: ऊपर, नीचे, आकर्षण, अजीब, शीर्ष और नीचे। वे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बनाने के लिए विशिष्ट तरीकों से संयोजित होते हैं, जो परमाणुओं के नाभिक बनाते हैं। लेप्टन में इलेक्ट्रॉन, म्यूऑन, टॉस और उनके संबंधित न्यूट्रिनो शामिल हैं। इलेक्ट्रॉन प्रोटॉन और न्यूट्रॉन द्वारा निर्मित परमाणु नाभिक की परिक्रमा करते हैं, जिससे परमाणु बनते हैं।
बोसोन वे कण हैं जो फ़र्मियन के बीच मूलभूत बलों की मध्यस्थता करते हैं। फोटॉन ( \(\gamma\) ) विद्युत चुम्बकीय बल का वाहक है, W और Z बोसोन कमज़ोर नाभिकीय बल की मध्यस्थता करते हैं, और ग्लूऑन ( \(g\) ) मज़बूत नाभिकीय बल को वहन करते हैं। हिग्स बोसोन ( \(H\) ) हिग्स क्षेत्र से जुड़ा एक विशेष कण है, जो अन्य कणों को द्रव्यमान देता है।
विद्युत चुम्बकीय बल को क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स (QED) के सिद्धांत द्वारा वर्णित किया गया है। यह फोटॉनों के आदान-प्रदान के माध्यम से आवेशित कणों के बीच परस्पर क्रिया के लिए जिम्मेदार है। विद्युत चुम्बकीय बल इलेक्ट्रॉनों को परमाणु नाभिक से बांधता है, जिससे परमाणु बनते हैं। विद्युत चुम्बकीय बल के लिए परस्पर क्रिया समीकरण को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:
\( F = \frac{k e \cdot q 1 \cdot q_2}{r^2} \)जहाँ \(F\) बल है, \(k e\) कूलॉम स्थिरांक है, \(q1\) और \(q_2\) आवेश हैं, और \(r\) आवेशों के बीच की दूरी है।
कमजोर नाभिकीय बल रेडियोधर्मी क्षय और कुछ नाभिकीय प्रतिक्रियाओं के लिए जिम्मेदार है। यह W और Z बोसोन द्वारा मध्यस्थ होता है। कमजोर बल से जुड़ी एक प्रक्रिया का उदाहरण बीटा क्षय है, जहां एक परमाणु के नाभिक में एक न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन में बदल जाता है, जिससे एक इलेक्ट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो ( \(\bar{\nu}_e\) ) निकलता है। इस अंतःक्रिया को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:
\( n \rightarrow p + e^- + \bar{\nu}_e \)मजबूत परमाणु बल क्वार्क को एक साथ बांधकर प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बनाता है और परमाणु नाभिक को एक साथ रखता है। यह चार मूलभूत बलों में सबसे मजबूत है लेकिन बहुत कम दूरी पर कार्य करता है। मजबूत बल ग्लूऑन द्वारा मध्यस्थ होता है और इसकी ताकत क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स (QCD) द्वारा वर्णित की जाती है। क्वार्क के बीच बल इस प्रकार दिया जाता है:
\( F_{strong} \propto \frac{1}{r^2} \textrm{ कम दूरी पर} \)लेकिन दूरी के साथ बढ़ता है, तथा क्वार्कों को प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के भीतर सीमित कर देता है।
हिग्स तंत्र बताता है कि कण किस तरह द्रव्यमान प्राप्त करते हैं। यह एक क्षेत्र, हिग्स क्षेत्र का प्रस्ताव करता है, जो ब्रह्मांड में व्याप्त है। इस क्षेत्र के साथ संपर्क करने वाले कण द्रव्यमान प्राप्त करते हैं; संपर्क जितना मजबूत होगा, कण उतना ही भारी होगा। हिग्स बोसोन इस क्षेत्र से जुड़ा क्वांटाइज्ड कण है, जिसे 2012 में CERN के लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (LHC) में खोजा गया था।
मानक मॉडल की भविष्यवाणियों की पुष्टि कई प्रयोगों के माध्यम से की गई है। उल्लेखनीय खोजों में टॉप क्वार्क (1995), टाऊ न्यूट्रिनो (2000) और हिग्स बोसोन (2012) शामिल हैं। CERN के लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (LHC) और फर्मिलैब के टेवाट्रॉन कोलाइडर ने इन खोजों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। इन प्रयोगों में उच्च ऊर्जा पर कणों को टकराना और परिणामों का अवलोकन करना शामिल है, जो पदार्थ के मूल घटकों और उन पर कार्य करने वाले बलों के बारे में अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं।
जबकि मानक मॉडल बेहद सफल रहा है, इसकी अपनी सीमाएँ हैं। यह ब्रह्मांड के डार्क मैटर और डार्क एनर्जी, मैटर-एंटीमैटर असममिति या गुरुत्वाकर्षण बल की व्याख्या नहीं करता है। सुपरसिमेट्री और स्ट्रिंग थ्योरी जैसे सिद्धांत इन रहस्यों को संबोधित करने के लिए मानक मॉडल के विस्तार का प्रस्ताव करते हैं, लेकिन इन सिद्धांतों के लिए प्रायोगिक साक्ष्य अभी भी कम हैं।
कण भौतिकी में चल रहे अनुसंधान का उद्देश्य ब्रह्मांड के बारे में हमारी समझ को गहरा करना है, जिससे संभवतः एक अधिक व्यापक सिद्धांत सामने आएगा जिसमें सभी चार मूलभूत बल शामिल होंगे और मानक मॉडल के अनुत्तरित प्रश्नों का समाधान होगा।
