Ez a szócikk a részecskefizika standard modelljét tárgyalja. A kozmológiai standard modellel az ősrobbanás szócikk foglalkozik.

A részecskefizika standard modellje (gyakran magyarban is nagy kezdőbetűkkel írják: Standard Modell (SM), ejtsd sztenderd modell) az elektromágneses, a gyenge és erős kölcsönhatást, valamint az alapvető elemi részecskéket leíró kvantumtérelmélet. Összhangban van a kvantummechanikával és a speciális relativitáselmélettel. Majdnem minden kísérleti teszt igazolja jóslatait, a korábbi kivételek legjelentősebbikét, a Higgs-bozon létezését már igazolták. A modell közvetlen előzményei és részei az elektrogyenge kölcsönhatások modellje (Glashow–Weinberg–Salam-modell) és az erős kölcsönhatások elmélete, a kvantum-színdinamika (QCD).

A standard modell

Részecsketípusai

A modell alapvető részecskéi között vannak egyrészt az anyagot felépítő ún. anyagi részecskék. Ezek mind feles spinűek, azaz fermionok. A kvarkok és leptonok tartoznak ide. A fermionokra érvényes Pauli-elv miatt nem omlik össze egy anyaghalmaz, hanem kénytelen egy bizonyos térfogatot kitölteni. A kvarkok az erős és elektrogyenge kölcsönhatásban is részt vesznek, míg a leptonok csak az elektrogyengében.

A másik típusú részecskék a – kölcsönhatásokat – közvetítő részecskék. Az elektrogyenge kölcsönhatást közvetítő foton, két W-bozon, és a Z-bozon valamint az erős kölcsönhatást közvetítő gluonok tartoznak ide. Ezek mind egyes spinűek, azaz bozonok, spinjük miatt vektorbozonoknak is mondjuk őket. Bozonokra nincs Pauli-kizárás, ezek közül akárhány lehet azonos kvantumállapotban, ami nagyon sok bozonnal nagyon kifinomult kölcsönhatást tesz lehetővé.

A harmadik típusú részecske a már kísérletileg is igazolt nulla spinű Higgs-bozon, amiből a standard modellben egy van, de a kiterjesztett elméletekben több. A Higgs-bozon az önmagával és a többi részecskével való kölcsönhatásaival tömeget „kölcsönöz” az anyagi részecskéknek és a közvetítő részecskék egy részének.

Szimmetriája és sérülése

A modell egy mértékelmélet, amelynek a Lagrange-függvénye tehát lokálisan invariáns egy mértékcsoport transzformációival szemben. A mértékcsoport esetünkben az SU(3)×SU(2)×U(1). A közvetítő bozonokat a modell mértékterei írják le, ezért őket mértékbozonoknak is hívjuk. A mértékterek a klasszikus elektrodinamika (skalár- és vektor)potenciáltereinek kvantumtérelméleti megfelelői.

A Higgs-bozon nélkül azonban a standard modell, ami az említett mértékcsoporttal szemben mértékinvariáns, nem nyújtaná reális leírását a világnak. A mértékinvariancia fenntartása esetén ugyanis a modell részecskéinek nem lehetne tömegük, márpedig az elemi részecskék többségének van tömege. Ha ezeket a tömegeket kézzel beletennénk a Lagrange-függvénybe – amiből a hatáselv segítségével a mozgásegyenletek származtathatók – akkor ezzel nemcsak a mértékinvarianciát rontanánk el – amit el is kell rontanunk, hiszen az SU(2)-szimmetria a világnak szemmel láthatóan nem egzakt szimmetriája, hanem egy fontos elvi problémába is ütköznénk. Az elmélet nem lenne renormálható, azaz a számítások közben fellépő végtelen mennyiségeket nem lehetne konzisztens módon eltávolítani hozzárendelve őket véges számú fizikai mennyiséghez – például töltés –, mintegy „lenyeletve” őket velük.

Ennek orvoslására találta ki Peter Higgs még a standard modell felépítése előtt a Higgs-mechanizmust, ami egy mértékinvariáns skalártér nem mértékinvariáns alapállapotán keresztül spontán sérti a mértékinvarianciát. Esetünkben csak egy részét, az alapállapot ugyanis mértékinvariáns marad egy SU(3)×U(1) mértékcsoporttal szemben, azaz csak a gyenge kölcsönhatás mértékinvarianciája sérül, alacsony energián, azon, amelyen mi is látjuk a világot. Nagy energiájú folyamatoknál a szimmetria kezd helyreállni. A sértés előtti és utáni U(1) szimmetria egyébként nem ugyanaz az U(1), előtte a hipertöltéshez, utána az elektromos töltéshez kapcsolódó szimmetriáról van szó. Valójában tehát nem az SU(2) sérül a semmire, hanem az SU(2)×U(1) szimmetria egy másik U(1)-re.

A Higgs-mechanizmuson keresztül a sértett szimmetriához tartozó mértékbozonok és a hozzá tartozó kölcsönhatásban részt vevő anyagi részecskék tömeget nyernek a Higgs-bozon belső átrendeződése folytán. Elveszíti ugyanis három szabadsági fokát az eredeti négy közül, s ez a három csatlakozik a sértett gyenge kölcsönhatás így tömeget nyerő három mértékbozonjához.

Részecskecsaládok

Bővebben: Részecskecsaládok

Az anyagi részecskéket három családba rendezhetjük, mindegyikbe a hat-hatféle kvarkból (kvarkízből) ill. leptonból (leptonízből) kettő-kettőt téve (ld. a táblázatot). A LEP kísérleteinek sikerült 1989-ben bebizonyítaniuk, hogy csak három család létezik. Ezt a Z-bozon szélességének mérésével érték el. A standard modell nem nyújt azonban elméleti magyarázatot arra, miért van ez így. Erre a nagy egyesített elmélettől várunk magyarázatot. Anyagi világunk túlnyomó többségét az első család fermionjai építik fel.

Táblázat

Balkezes Standard modellben

1. család
Fermion (Balkezes)	Jelölés	Elektromos töltés	Gyenge töltés*	Gyenge izospin	Hipertöltés	Színtöltés*	Tömeg**
Elektron	${\displaystyle e}$	−1	${\displaystyle \mathbf {2} }$	−1/2	−1/2	${\displaystyle \mathbf {1} }$	0.511 MeV
Elektron-neutrínó	${\displaystyle \nu _{e}}$	0	${\displaystyle \mathbf {2} }$	+1/2	−1/2	${\displaystyle \mathbf {1} }$	< 50 eV
Pozitron	${\displaystyle e^{c}}$	+1	${\displaystyle \mathbf {1} }$	0	+1	${\displaystyle \mathbf {1} }$	0.511 MeV
Elektron-antineutrínó	${\displaystyle \nu _{e}^{c}}$	0	${\displaystyle \mathbf {1} }$	0	0	${\displaystyle \mathbf {1} }$	< 50 eV
Up kvark	${\displaystyle u}$	+2/3	${\displaystyle \mathbf {2} }$	+1/2	+1/6	${\displaystyle \mathbf {3} }$	~5 MeV ***
Down kvark	${\displaystyle d}$	−1/3	${\displaystyle \mathbf {2} }$	−1/2	+1/6	${\displaystyle \mathbf {3} }$	~10 MeV ***
Anti-up antikvark	${\displaystyle u^{c}}$	−2/3	${\displaystyle \mathbf {1} }$	0	−2/3	${\displaystyle \mathbf {\bar {3}} }$	~5 MeV ***
Anti-down antikvark	${\displaystyle d^{c}}$	+1/3	${\displaystyle \mathbf {1} }$	0	+1/3	${\displaystyle \mathbf {\bar {3}} }$	~10 MeV ***
2. család
Fermion (balkezes)	jelölés	Elektromos töltés	Gyenge töltés*	Gyenge izospin	Hipertöltés	Színtöltés*	Tömeg**
Müon	${\displaystyle \mu }$	−1	${\displaystyle \mathbf {2} }$	−1/2	−1/2	${\displaystyle \mathbf {1} }$	105.6 MeV
Müon-neutrínó	${\displaystyle \nu _{\mu }}$	0	${\displaystyle \mathbf {2} }$	+1/2	−1/2	${\displaystyle \mathbf {1} }$	< 0.5 MeV
Antimüon	${\displaystyle \mu ^{c}}$	+1	${\displaystyle \mathbf {1} }$	0	+1	${\displaystyle \mathbf {1} }$	105.6 MeV
Müon-antineutrínó	${\displaystyle \nu _{\mu }^{c}}$	0	${\displaystyle \mathbf {1} }$	0	0	${\displaystyle \mathbf {1} }$	< 0.5 MeV
Bájos kvark	${\displaystyle c}$	+2/3	${\displaystyle \mathbf {2} }$	+1/2	+1/6	${\displaystyle \mathbf {3} }$	~1.5 GeV
Ritka kvark	${\displaystyle s}$	−1/3	${\displaystyle \mathbf {2} }$	−1/2	+1/6	${\displaystyle \mathbf {3} }$	~100 MeV
Anti-bájos antikvark	${\displaystyle c^{c}}$	−2/3	${\displaystyle \mathbf {1} }$	0	−2/3	${\displaystyle \stackrel{}{\mathbf{3}}}$Információ forrás: https://hu.wikipedia.org/wiki/Standard_modell A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.  Source: Standard_modell Navigáció: Villamosságtan > Elektromos ellenállás Elektronika Elektrotechnika Hídkapcsolások Villamosságtan Kapcsolódó kifejezések: Áramgenerátor Analóg multiméterek túlterhelés elleni védelme Egyenáram Egyenáram mérése Egyenirányítós lengőtekercses műszer Elektromágnes (fizika) Elektromos feszültség Elektromos térerősség Fáziseltolódás Fázismutató Fajlagos ellenállás Feszültséggenerátor Feszültségváltó Forgó mágneses tér Háromfázisú hálózat Hőelektromosság Hatásos ellenállás Illeszkedési mátrix Impedancia Indukciós műszer Körmátrix Közös módusú elnyomás Kalciumfény Kif hálózat Lágyvas Látszólagos ellenállás Lineáris üzemű tápegység Műveleti erősítő Manganin Meddő ellenállás Meddő teljesítmény mérése Millman-tétel Norton-tétel Ohm törvénye Piezoelektromosság Piroelektromosság Potenciométer Replusz Rezgőkör Seebeck-effektus Szuperpozíció (elektronika) Thévenin-tétel Váltakozó áram Váltakozó áram mérése Villamosságtan Villamos fogyasztásmérő Wien-hidas oszcillátor Zener-effektus A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket. Electronica.hu © 2024. All rights reserved.