A szabványos modellen túli fizika (más néven New Physics [1] ) azokra az elméleti fejleményekre utal, amelyek a szabványos modell hiányosságainak magyarázatához szükségesek , mint például a tömeg eredete , az erős CP probléma , a neutrínó oszcillációi , az anyag aszimmetriája. és az antianyag , a sötét anyag és a sötét energia eredete . [2] Egy másik probléma magának a Standard Modellnek a matematikai alapjaiban rejlik – a Standard Modell nem áll összhangban az általános relativitáselmélettel abban az értelemben, hogy az egyik vagy mindkét elmélet leírásában kisebbre esik szét bizonyos feltételek mellett (pl. , a téridő ismert szingularitásain belül , például az ősrobbanás és a fekete lyuk eseményhorizontjai között ).
A szabványos modellen kívül eső elméletek közé tartoznak a szabványos modell különféle kiterjesztései a szuperszimmetria révén [1] , mint például a minimális szuperszimmetrikus szabványmodell és a minimum szuperszimmetrikus szabványmodell mellett , vagy teljesen új magyarázatok, mint például a karakterlánc elmélet , M-elmélet és extra dimenziók . Mivel ezek az elméletek általában teljesen megegyeznek a jelenlegi megfigyelhető jelenségekkel, vagy nem a konkrét előrejelzésekig vezetnek, a kérdés, hogy melyik elmélet a helyes (vagy legalábbis a "legjobb lépés" a mindenek elmélete felé ), csak feltehető . kísérlet döntött.. Jelenleg ez az egyik legaktívabb kutatási terület mind az elméleti, mind a kísérleti fizika területén .
Bár a Standard Modell jelenleg a részecskefizika legsikeresebb elmélete , nem tökéletes. [3]
Számos olyan kísérleti természeti megfigyelés létezik, amelyekre a Standard Modell nem ad megfelelő magyarázatot.
A Standard Modell egyes funkciói speciális módon kerülnek hozzáadásra. Önmagában nem jelentenek problémát (vagyis az elmélet jól működik ezekkel a speciális jellemzőkkel), de a megértés hiányára utalnak. Ezek a különleges jellemzők arra késztették az elméletalkotókat, hogy alapvetőbb elméleteket keressenek kevesebb paraméterrel. Néhány különleges funkció:
A szuperszimmetria a természetben található bozonokat és fermionokat összekötő hipotetikus szimmetria [8] . Egy absztrakt szuperszimmetria-transzformáció összekapcsolja a bozonikus és fermionikus kvantumtereket , így azok egymásba fordulhatnak. Képletesen azt mondhatjuk, hogy a szuperszimmetria átalakulása az anyagot kölcsönhatásba ( vagy sugárzásba ) fordíthatja, és fordítva.
A szuperszimmetria magában foglalja az ismert elemi részecskék számának (legalább) megkétszerezését a szuperpartnerek jelenléte miatt. Például egy fotonnál - photino, quark - squark , higgs - higgsino stb. A szuperpartnereknek olyan spinértékkel kell rendelkezniük, amely fél egész számmal különbözik az eredeti részecske spinértékétől [9] [10] .
A jelen pillanatban a szuperszimmetria olyan fizikai hipotézis, amelyet kísérletileg nem erősítettek meg. Abszolút bebizonyosodott, hogy világunk nem szuperszimmetrikus az egzakt szimmetria értelmében, hiszen bármely szuperszimmetrikus modellben a szuperszimmetrikus transzformációval összekapcsolt fermionoknak és bozonoknak azonos tömegű , töltési és egyéb kvantumszámokkal kell rendelkezniük (a spin kivételével ). Ez a követelmény a természetben ismert részecskék esetében nem teljesül. Feltételezzük azonban, hogy van egy energiahatár, amelyen túl a mezők szuperszimmetrikus átalakulásoknak vannak kitéve, de a határon belül nem. Ebben az esetben a közönséges részecskék szuperpartner részecskéi nagyon könnyűnek bizonyulnak a közönséges részecskékkel összehasonlítva [11] .
A közönséges részecskék szuperpartnereinek keresése a modern nagyenergiájú fizika egyik fő feladata [11] . Várhatóan a Large Hadron Collider [12] képes lesz szuperszimmetrikus részecskéket felfedezni és megvizsgálni, ha léteznek, vagy megkérdőjelezni a szuperszimmetrikus hipotéziseket, ha nem találnak semmit.
A szabványos modellnek három mérőszimmetriája van : SU(3) színek , gyenge SU(2) izospin és U(1) túltöltés , amely három alapvető erőnek felel meg. A renormalizálás miatt ezen szimmetriák mindegyikének csatolási állandói attól függően változnak, hogy milyen energián mérik őket. 10 19 GeV körül ezek a kötések megközelítőleg egyenlővé válnak. Ez arra a felvetésre vezetett, hogy ezen energia felett a Standard Modell három szelvényszimmetriája egyetlen szelvény-szimmetriában van kombinálva egy egyszerű szelvénycsoport-csoporttal és csak egy csatolási állandóval. Ez alatt az energia alatt a szimmetria spontán módon felbomlik a szabványos modellszimmetriákra. [13] Az egyesítő csoport népszerű választása a speciális unitárius csoport öt dimenzióban SU(5) és a speciális ortogonális csoport tíz dimenzióban SO(10) . [tizennégy]
Azokat az elméleteket , amelyek ily módon egyesítik a Standard Modell szimmetriáit, Grand Unification Theories -nak ( GUT -nak ), az egyesített szimmetria megtörésének energiáinak skáláját pedig GUT-skálának nevezzük. Általánosságban elmondható, hogy a Grand Unified Theories mágneses monopólusok létrejöttét jósolják a korai Univerzumban [15] és a proton instabilitását . [16] Ezeket a jóslatokat az intenzív keresés ellenére nem erősítették meg kísérletileg, és ez korlátozza a lehetséges GUT-okat.
A kvantumgravitáció az elméleti fizika kutatási ága , amelynek célja a gravitációs kölcsönhatás kvantumleírása (és ha sikerül, a gravitáció ily módon történő egyesítése a másik három alapvető kölcsönhatással , vagyis a gravitációs kölcsönhatás felépítése). az úgynevezett " minden elmélete ").
| Fizika a standard modellen túl | |
|---|---|
| Bizonyíték | |
| elméletek | |
| szuperszimmetria | |
| kvantumgravitáció | |
| Kísérletek | |