Стандардниот модел е теорија во физиката на честички која објаснува како основните честички и сили на универзумот комуницираат едни со други. Ги комбинира квантната механика и специјалната релативност за да обезбеди рамка за разбирање на структурата на материјата во најмали размери. Стандардниот модел е поддржан со експериментални докази и е една од најригорозно тестираните теории во науката.
Стандардниот модел опишува три од четирите познати фундаментални сили во универзумот: електромагнетни, слаби нуклеарни и силни нуклеарни сили. Не ја вклучува гравитацијата, која е опишана со општата релативност. Моделот ги класифицира сите познати елементарни честички во две главни групи: фермиони и бозони.
Фермионите се градежни блокови на материјата. Тие се поделени во две групи: кваркови и лептони. Кварковите доаѓаат во шест „вкусови“: горе, долу, шарм, чудно, врвот и дното. Тие се комбинираат на специфични начини за да формираат протони и неутрони, кои ги сочинуваат јадрата на атомите. Лептоните вклучуваат електрони, миони, таус и нивните соодветни неутрина. Електроните орбитираат околу атомското јадро формирано од протони и неутрони, што ги сочинуваат атомите.
Бозоните се честички кои посредуваат во основните сили помеѓу фермиони. Фотонот ( \(\gamma\) ) е носител на електромагнетната сила, бозоните W и Z посредуваат во слабата нуклеарна сила, а глуоните ( \(g\) ) ја носат силната нуклеарна сила. Хигсовиот бозон ( \(H\) ) е посебна честичка поврзана со Хигсовото поле, давајќи им маса на други честички.
Електромагнетната сила е опишана со теоријата на квантна електродинамика (QED). Тој е одговорен за интеракциите помеѓу наелектризираните честички преку размена на фотони. Електромагнетната сила ги врзува електроните за атомските јадра, формирајќи атоми. Равенката на интеракцијата за електромагнетната сила може да се претстави како:
\( F = \frac{k e \cdot q 1 \cdot q_2}{r^2} \)каде \(F\) е силата, \(k e\) е Кулоновата константа, \(q1\) и \(q_2\) се полнежите и \(r\) е растојанието помеѓу полнежите.
Слабата нуклеарна сила е одговорна за радиоактивното распаѓање и одредени нуклеарни реакции. Тоа е посредувано од бозоните W и Z. Пример за процес кој вклучува слаба сила е бета распаѓањето, каде што неутронот во јадрото на атомот се трансформира во протон, испуштајќи електрон и електрон антинеутрино ( \(\bar{\nu}_e\) ). Интеракцијата може да се претстави како:
\( n \rightarrow p + e^- + \bar{\nu}_e \)Силната нуклеарна сила ги поврзува кварковите за да формира протони и неутрони и го држи атомското јадро заедно. Таа е најсилната од четирите фундаментални сили, но дејствува на многу кратки растојанија. Силната сила е посредувана од глуоните, а нејзината сила е опишана со Квантна хромодинамика (QCD). Силата помеѓу кварковите е дадена со:
\( F_{strong} \propto \frac{1}{r^2} \textrm{ на кратки растојанија} \)но се зголемува со растојанието, ограничувајќи ги кварковите во протоните и неутроните.
Хигсовиот механизам објаснува како честичките добиваат маса. Тој предлага поле, Хигсовото поле, кое продира низ универзумот. Честичките во интеракција со ова поле добиваат маса; колку е посилна интеракцијата, толку е потешка честичката. Хигсовиот бозон е квантизирана честичка поврзана со ова поле, откриена во 2012 година во Големиот хадронски судирач (LHC) на ЦЕРН.
Предвидувањата на Стандардниот модел се потврдени преку бројни експерименти. Значајни откритија вклучуваат врвниот кварк (1995), тау неутриното (2000) и Хигсовиот бозон (2012). Големиот хадронски судирач (LHC) на ЦЕРН и Теватронскиот судирач на Фермилаб одиграа клучна улога во овие откритија. Овие експерименти вклучуваат судир на честички со високи енергии и набљудување на исходите, кои обезбедуваат увид во основните состојки на материјата и силите што дејствуваат врз нив.
Иако стандардниот модел беше исклучително успешен, тој има ограничувања. Тоа не ја објаснува темната материја и темната енергија на универзумот, асиметријата материја-антиматерија или силата на гравитацијата. Теориите како што се суперсиметријата и теоријата на струни предлагаат проширувања на Стандардниот модел за да се решат овие мистерии, но експериментални докази за овие теории сè уште недостасуваат.
Тековното истражување во физиката на честичките има за цел да го продлабочи нашето разбирање за универзумот, потенцијално да доведе до посеопфатна теорија која ги вклучува сите четири фундаментални сили и ги решава неодговорените прашања на Стандардниот модел.
