دانشیار

اما نکته اینجاست چرا با تمام موفقیت های مدل استاندارد احتیاج در بسط و تکمیل آن لازم به نظر می رسد ؟

از آنجا که ما به دنبال رؤیای نظریه نهایی و وحدت نیروها هستیم و می خواهیم حالت نیروها را در انرژی های بالا بررسی کنیم همان طور که می دانیم در انرژی های پایین نیروی قوی 30 برابر قوی تر از نیروی ضعیف و 100 برابر قوی تر از نیروی الکترومغناطیس است ولی در انرژی های بالا قدرت این نیروها به هم نزدیک می شود ولی هیچ گاه برابر صفر نمی شود . اما اگر این مدل را به که مدل استاندارد ابر تقارنی حداقل است بسط دهیم که در این مدل به هر ذره ای یک ذره متناظر نسبت می دهد، در مورد جرم این ذرات مطلب کمی می دانیم اما بر هم کنش های آنها متناظر نسبت می دهد ، در مورد جرم این ذرات مطلب کمی می دانیم اما بر هم کنش های آنها توسط ابرتقارن مقید ریاضی ، مقیدتر از مدل استاندارد است پس با استفاده از آن در انرژی های بالا مقدار نیروها دقیقاً یکی می شود حتی بهتر از این نیروی گرانشی در انرژی های بالا به همان قدرت نیروهای دیگر می شود . که نشان داهنده ارتباط بین نیروهای مدل استاندارد و نیروی گرانشی است .

نقاط ضعف مدل استاندارد ذرات بنیادی

1. همان نظریه های امروزی به طور ضمنی بیان می کند که جهان بایدحتی در خالی ترین مناطق آن شامل تراکم شدید انرژی باشد که مدل استاندارد پاسخی برای آن ندارد .

2. مدتهای طولانی بر این گمان بودند که انبساط عالم بسیار آهسته است چون مواد تشکیل دهنده جهان تحت جاذبه گرانشی یکدیگر هستند . در حال حاضر ما می دانیم که گسترش جهان شتابدار است و آنچه باعث این شتاب است در مدل استاندارد تعریفی ندارد .

3. مدل تورمی را نمی تواند توضیح دهد که چرا تورم اتفاق افتاد .

4. نمی تواند توضیح دهند که چرا غلبه ماده بر پاد ماده در انفجار بیگ بنگ بیشتر بوده .

5. ماده تاریک توصیف نمی کند .

6. در مدل استاندارد برای جرم دار شدن ذرات بر هم کنش با بوزون هیگز مطرح می شود ولی ساختار خاصی برای بر هم کنش هیگز را توضیح نمی دهد.

7. گرانش را فعلاً شامل نمی شود .

8 . مقدارجرم کوارک ها و لپتون ها را نمی تواند توصیف کند .

در توضیح این مسائل لازم به ذکر است وقتی می گوییم مدل استاندارد نمی تواند پدیده ای را توجیه کند منظور این نیست که نظریه تاکنون نتوانسته است آن را توجیه کند ولی روزی خواهد توانست بلکه مدل استاندارد بسیار مقید است و هرگز نخواهد توانست مسائل بالا را توجیه کند . پس یکی از دلایل بسط نظریه استاندارد همین است که بتوانیم مسائل بالا حل کنیم ، مثلاً نظریه ابرتقارن توانسته غیر از موارد دوم و دوتای آخری سایر موارد را توضیح دهد و نظریه ریسمان که در آن ذرات به جای موجودات نقطه ای موجودات یک بعدی بسیار کوچک در نظر گرفته می شوند دو مسأله آخر را توضیح می دهد .

بعضی از این ده معما نشان دهنده دلیل دیگری است که چرا امروزه فیزیک ذرات به دوران جدیدی وارد شده است . این مسأله روشن شده که مسائل مهمی در کیهان شناسی پاسخ خود را در فیزیک ذرات یافته اند و این دو مقوله در علم کیهان شناسی ذرات در هم ادغام شده اند . فقط از روی آموزه های کیهان شناختی فهمیدیم که فقط جهان از ماده ساخته شد نه پاد ماده ، و حدود جهان از ماده تاریک سرد تشکیل شده است . هرگونه درک نظری باید نشان دهد که اینها چگونه پس از انفجار بیگ بنگ به وجود آمده اند . اما کیهان شناسی به تنهایی قادر به پاسخگویی نیست که چه ذراتی ماده تاریک سرد را به وجود آورده اند یا چگونه عدم تقارن ماده به وجود می آید ، یا منشأ تورم چیست ؟ درک بزرگترین و کوچکترین پدیده ها باید با هم توأم باشد .

هیگز

فیزیکدانان به شدت روی مدل های فراتر از مدل استاندارد کار می کنند تا پاسخ این معماها را بیابند اما یک مسئله اساسی از خود مدل استاندارد حل نشده باقی مانده است این نظریه برای جرمدارکردن لپتونها و کوارک ها و نرون های z,w به میدان هیگز وابسته است . در حالی که ذره هیگز هنوز بطور مستقیم دیده نشده است .

یکی از مدل های پذیرفته شده در فیزیک کوانتوم که سعی کرده علت وجود جرم در ذات را توضیح دهد میدان هیگز است ، ذرات جرم خود را از طریق کنش و واکنش یا میدان هیگز که آکنده از ذرات بوزون است به دست می آورند .

در واقع دانشمندان فرض مسلم را بر این نکته استوار می کنند که در ابتدا ذرات بدون هیچ جرمی از میدان کوانتومی موجود می کند این میدان همان میدان هیگزاست .

دیوید فرانسیس فیزیکدان در رابطه با هیگز می گوید هیگز با جرم خود به همه چیز در جهان جرم می دهد .

اما این میدان چیست و چه خصوصیاتی می تواند داشته باشد ؟

1. همان طور که می دانیم تمام ذرات دارای اسپین هستند ، اما بوزون هیگز اسپین صفر دارد . اسپیسن صفر عامل می شود که میدان حاصله از این نرون نسبت به سایر میادین در لاکرانژی رفتاری متفاوت داشته باشد .

2. میدان هیگز توضیح می دهد که چرا قدرت میدان در سراسر جهان غیرصفر است .

3. ویژگی قابل توجه میدان هیگز شکل بر هم کنش آن با ذرات دیگر است ذراتی که با میدان هیگز بر هم کنش می کنند . طوری رفتار می کنند که انگارجرم دارند و جرم آنها متناسب با شدت میدان ضرب در شدت بر هم کنش است .

بوزون هیگز

بوزون هیگز با سازو کار BEH یک ذره بنیادی اولیه فرضی دارای جرم است که وجود آن توسط مدل استاندارد فیزیک پیش بینی شده است ، این بوزون تنها ذره مدل استاندارد است که هنوز بصورت تجربی مشاهده نشده است . مشاهده تجربی این ذره ممکن است بتواند درباه چگونگی جرم دار شدن ماده توسط ذرات بنیادی بدون جرم توضیح دهد . به طور خاص بوزون هیگز احتمالاً می تواند دلایلی را برای تفاوت های بین فوتون که بدون جرم است و نرون های Z,W که نسبتاً پرجرم است ارائه کند جرم ذرات بنیادی تفاوت بین الکترومغناطیس و نیروی هسته ای ضعیف در ساختار میکروسکوپیک ماده مؤثر هستند . بنابراین بوزون هیگز در صورت وجود یک مؤلفه بسیار مهم در دنیای ماده است .

حال به دقت به دیاگرام زیر دقت کنید :