Стандартна модель Всесвіту

Стандартна модель - це теорія, яка відображає сучасні уявлення про вихідний базовому матеріалі для побудови Всесвіту. Ця модель описує, яким чином утворюється матерія зі своїх базових компонентів, які сили взаємодії існують між її компонентами.

Суть стандартної моделі

За своєю структурою всі елементарні частинки (нуклони), з яких складається атомне ядро, так само, як і будь-які важкі частки (адрони), складаються з ще більш дрібних елементарних частинок, званих фундаментальними.

Такими первинними елементами матерії в даний час вважаються кварки. Найбільш легкі і поширені кварки діляться на верхні (u) і нижні (d). Протон складається з комбінації кварків uud, а нейтрон - udd. Заряд u-кварка дорівнює 2/3, а у d-кварка - негативний заряд, -1/3. Якщо порахувати суму зарядів кварків, то заряди протона і нейтрона вийдуть строго рівними 1 і 0. Це дає підставу вважати, що стандартна модель абсолютно адекватно описує реальність.

Існує ще кілька пар кварків, які становлять більш екзотичні частинки. Так, другу пару складають зачарований (с) і дивний (s) кварки, а третю пару - істинний (t) і красивий (b).

Майже всі частинки, які змогла передбачити стандартна модель, вже відкриті експериментальним шляхом.

Крім кварків, в якості «будівельного матеріалу» виступають так звані лептони. Вони теж утворюють три пари частинок: електрон з електронним нейтрино, мюон з мюонним нейтрино, тау-лептон з тау-лептонним нейтрино.

Кварки і лептони, на думку вчених, є головним будівельним матеріалом, на основі якого була створена сучасна модель Всесвіту. Вони взаємодіють між собою за допомогою часток-переносників, які передають силові імпульси. Існує чотири основних види подібної взаємодії:

— сильне, завдяки якому кварки утримуються всередині частинок-

— електромагнітное-

— слабке, яке призводить до форм распада-

— гравітаційне.

Сильне колірне взаємодія переносять частинки, звані глюонами, у яких відсутні маса і електричний заряд. Квантова хромодинаміка вивчає саме цей тип взаємодії.

Електромагнітна взаємодія здійснюється шляхом обміну позбавленими маси фотонами - квантами електромагнітного випромінювання.

Слабка взаємодія відбувається завдяки масивним векторним бозонам, які майже в 90 разів більше протонів.

Гравітаційна взаємодія забезпечує обмін гравітонами, у яких немає маси. Правда, експериментально виявити ці частинки поки не вдалося.

Стандартна модель розглядає перші три типи взаємодії як три різних прояви єдиної природи. Під впливом високих температур сили, які діють у Всесвіті, фактично сплавляються воєдино, внаслідок чого їх неможливо потім розрізнити. Першими, як з'ясували вчені, об'єднуються слабке ядерна взаємодія та електромагнітне. В результаті воно створює електрослабку взаємодія, що ми можемо спостерігати в сучасних лабораторіях при роботі прискорювачів елементарних частинок.

Теорія Всесвіту свідчить, що в період свого виникнення, в першу мілісекунди після Великого Вибуху, грань між електромагнітними і ядерними силами була відсутня. І тільки після пониження середньої температури Всесвіту до 14 жовтня К, чотири типи взаємодії змогли розділитися і прийняти сучасний вигляд. Поки ж температура була вище даної позначки, діяли тільки фундаментальні сили гравітаційного, сильного і електрослабкої взаємодії.

Електрослабка взаємодія об'єднується з сильним ядерним при температурі близько 27 жовтня К, що недосяжно в сучасних лабораторних умовах. Але подібними енергіями зараз не володіє навіть сам Всесвіт, тому практично підтвердити або спростувати цю теорію поки не представляється можливим. Але теорія, яка описує процеси об'єднання взаємодій, дозволяє дати деякі прогнози щодо процесів, які відбуваються при більш низьких рівнях енергії. І ці прогнози зараз підтверджуються експериментально.

Таким чином, стандартна модель пропонує теорію будови Всесвіту, матерія якої складається з лептонів і кварків, а види взаємодії між цими частками описуються в теоріях великого об'єднання. Модель поки є неповною, оскільки вона не включає гравітаційна взаємодія. З подальшим розвитком наукового знання і технологій цю модель можна буде доповнити і розвинути, але в даний час - це найкраще з того, що змогли розробити вчені.