המודל הסטנדרטי של היקום

המודל הסטנדרטי הוא תיאוריה המשקפת רעיונות מודרניים על חומר הבסיס הראשוני לבניית היקום. מודל זה מתאר כיצד נוצר החומר ממרכיביו הבסיסיים, אילו כוחות של אינטראקציה קיימים בין מרכיביו.

המהות של המודל הסטנדרטי

במבנהו, כל החלקיקים היסודיים (נוקלאונים), מהם הגרעין האטומי מורכב , בדיוק כמו כל חלקיקים כבדים (הדרונים), מורכבים מחלקיקים פשוטים עוד יותר, הנקראים יסודות בסיסיים.

יסודות עיקריים אלה של החומר נחשבים כיום לקווארקים. הקוורקים הבהירים והמקובלים ביותר נחלקים לעליון העליון (u) והתחתון (ד). הפרוטון מורכב משילוב של קווארקים, ונויטרון - ud. הטעינה של קו-קוורק היא 2/3, ועל d-quark זה מטען שלילי, -1 / 3. אם אנו מחשבים את סכום המטענים של הקווארקים, הרי שהמטען של הפרוטון והניוטרון שווה באופן מוחלט ל- 1 ו -0. זה נותן יסוד להאמין שהמודל הסטנדרטי מתאר את המציאות בצורה הולמת.

יש כמה זוגות קווארקים שמרכיבים חלקיקים אקזוטיים יותר. אז, זוג השני הוא מכושף (ג) ו מוזר (ים) קווארקים, ואת הצמד השלישי הוא אמיתי (לא) ויפה (ב).

כמעט כל החלקיקים שיכולים לחזות את המודל הסטנדרטי כבר התגלו בניסוי.

בנוסף קווארקים, מה שנקרא leptons לשמש "חומר בנייה". הם גם יוצרים שלושה זוגות של חלקיקים: אלקטרון עם נייטרינו אלקטרונים, מיואון עם ניוטרינו מיואני, ליפטון טאו עם נייטרינו של לטון לטון.

Quarks ו leptons, על פי המדענים, הם חומר הבניין העיקרי על בסיס אשר המודל המודרני של היקום נוצר. הם אינטראקציה אחד עם השני בעזרת חלקיקים המוליכים את זרם החשמל. קיימים ארבעה סוגים עיקריים של אינטראקציה זו:

- חזק, בזכות קווארקים מוחזקים בתוך החלקיקים;

- אלקטרומגנטית;

- חלש, אשר מוביל צורות של ריקבון;

- כבידה.

אינטראקציה צבע חזקה נושאת חלקיקים בשם gluons, אשר חסרים מסה מטען חשמלי. הכרומודינמיקה הקוונטית בוחנת סוג זה של אינטראקציה.

האינטראקציה האלקטרומגנטית מתבצעת באמצעות חילופי פוטונים חסרי מסה - קוואנטה של קרינה אלקטרומגנטית.

אינטראקציה חלשה מתרחשת עקב בוקונים וקטוריים מסיביים, שהם כמעט פי 90 מאשר פרוטונים.

האינטראקציה הכבידתית מבטיחה חילופי גרוויטונים, שאין להם מסה. נכון, זה עדיין לא היה ניתן לזהות את החלקיקים הללו באופן ניסיוני.

המודל הסטנדרטי בוחן את שלושת סוגי האינטראקציה הראשונים כשלושה ביטויים שונים בעלי אופי אחד. בהשפעת הטמפרטורות הגבוהות, הכוחות המפעילים את היקום מתמזגים יחד, כך שלא ניתן להבחין בהם מאוחר יותר. הראשון, כפי שגילו המדענים, הוא האינטראקציה הגרעינית והאלקטרומגנטית החלשה. כתוצאה מכך, הוא יוצר אינטראקציה electroweak, אשר אנו יכולים לצפות במעבדות המודרנית במהלך המבצע של מאיצי החלקיקים.

תיאוריית היקום אומרת שבמהלך הופעתה, באלפיות הראשונות שלאחר המפץ הגדול, נעדר הקו בין כוחות אלקטרומגנטיים לכוחות גרעיניים. ורק לאחר הורדת הטמפרטורה הממוצעת של היקום ל- 10 14 K, ארבעה סוגים של אינטראקציה הצליחו להפריד ולראות מראה מודרני. בעוד הטמפרטורה היתה גבוהה יותר מאשר סימן זה, רק כוחות היסוד של אינטראקציה כבידה, חזקה electroeak פעל.

האינטראקציה electroweak משולב עם תגובה גרעינית חזקה בטמפרטורה של כ 10 27 K, שהוא בלתי מושג בתנאי המעבדה המודרנית. עם זאת, אפילו היקום עצמו אינו בעל אנרגיות כאלה, ולכן עדיין לא ניתן לאשר או להפריך תיאוריה זו. אבל התיאוריה, המתארת את התהליכים של שילוב האינטראקציות, מאפשרת לנו לתת כמה תחזיות לגבי התהליכים המתרחשים ברמות אנרגיה נמוכות יותר. ותחזיות אלה עכשיו להיות מאושרת בניסוי.

לפיכך, המודל הסטנדרטי מציע תיאוריה של מבנה היקום, שעניינו מורכב מהלפטונים וקווארקים, וסוגי האינטראקציה בין חלקיקים אלה מתוארים בתיאוריות אחדות גדולות. המודל עדיין אינו שלם, שכן הוא אינו כולל אינטראקציה כבידתית. עם התפתחות נוספת של ידע וטכנולוגיות מדעיות, מודל זה ניתן להוסיף ולפתח, אך כיום הוא הטוב ביותר כי המדענים הצליחו לפתח.