standardmodellen

Standardmodellen beskriver all materie som bestående to typer partikler, kvarker og leptoner, hvor det finnes seks forskjellige kvarker og seks forskjellige leptoner, i tillegg til at det for alle disse partiklene eksisterer en antipartikkel. Materiepartiklene er videre organisert i tre generasjoner med stadig tyngre partikler, hvor den første generasjonen består av opp- og nedkvarken, elektronet og elektron-nøytrinoet. I standardmodellen påvirker materiepartiklene hverandre gjennom tre krefter formidlet av kraftbærende partikler, elektromagnetisme ved fotoner, den svake kjernekraften ved W ^± - og Z -bosonene, og den sterke kjernekraften ved de åtte gluonene.

Elementærpartiklene kjennetegnes ved to iboende egenskaper: de har alle et veldefinert spinn-kvantetall og en masse. Dette er en konsekvens av Einsteins spesielle relativitetsteori. Spinn-kvantetallet må være et positivt halvtall, altså kan det være 0, 1/2, 1, 3/2 og så videre, men vi kjenner bare til elementærpartikler med spinn opp til og med 1. Her har materiepartiklene spinn 1/2 og de kraftbærende partiklene spinn 1.

I standardmodellen forenes elektromagnetismen og den svake kjernekraften i det som kalles elektrosvake vekselvirkninger. I tillegg til materiepartiklene og de kraftbærende partiklene postulerte også standardmodellen eksistensen av higgsbosonet, en partikkel som er opphavet til massen til de andre elementærpartiklene. Dette ble funnet ved Large Hadron Collider på CERN i 2012.

Standardmodellen bygger på over et århundre med forskning fra oppdagelsen av den første elementærpartikkelen, elektronet, i 1897, til i dag. Den matematiske beskrivelsen av standardmodellen som en kvantefeltteori var ferdig utviklet slik vi kjenner den i dag på 1970-tallet, men noen av partiklene den forutsatte skulle eksistere, slik som topp-kvarken (1995), tau-nøytrinoet (2000) og higgsbosonet (2012) ble første funnet senere.

Per august 2022 er, med ett viktig unntak for nøytrinoer, alle målinger av egenskapene til elementærpartiklene i samsvar med standardmodellen. I noen målinger er overensstemmelsen spektakulær; på sitt beste stemmer teori og eksperiment overens med en nøyaktighet på én til en billion (10¹²). Modellen regnes likevel ikke som en komplett teori for elementærpartiklene. Hovedproblemene med standardmodellen i dag er som følger:

• Den mangler en beskrivelse av gravitasjon, som er den siste av de fire kjente fundamentale kreftene.
• Den kan ikke forklare fenomener som mørk materie og mørk energi.
• Den kan ikke forklare hvorfor det finnes mer materie enn antimaterie i universet.
• I standardmodellen er nøytrinoer egentlig masseløse, men man har eksperimentelt påvist at minst to av de tre nøytrinoene må ha en masse større enn null. Standardmodellen kan lett endres til å inkludere masse for nøytrinoene, men det er ukjent om denne også er forårsaket av higgsbosonet.
• Den målte massen til higgsbosonet har en verdi som sies å være unaturlig på den måten at vi ikke kan forklare hvorfor den er så liten i standardmodellen. Dette kalles ofte hierarkiproblemet.
• Vi forstår ikke hvorfor standardmodellen ser ut som den gjør, og hvor mange av de tilsynelatende vilkårlige tallene i modellen kommer fra, for eksempel hvorfor det finnes tre generasjoner av kvarker og leptoner.

For å forklare manglene ved standardmodellen er det fremsatt mange andre teorier som bygger videre på de kjente delene i standardmodellen ved å legge til nye partikler. Et av de mest undersøkte alternativene er modeller med supersymmetri, hvor alle standardmodellpartiklene får en partner med et annet spinn kvantetall. Andre populære forslag er modeller med leptokvarker, hybrider som er både kvarker og leptoner, modeller med ekstra higgsbosoner, og modeller med ekstra romlige dimensjoner som er skjulte for oss.

• elementærpartikkelfysikk
• kvark
• lepton
• elektrosvak teori
• svak vekselvirkning
• sterk vekselvirkning

• Particle Data Group holder en oppdatert oversikt over alle målte partikkelegenskaper