Физика за пределами Стандартной модели: различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Интерактивная навигация по истории
[отпатрулированная версия][непроверенная версия]
← Предыдущая правкаСледующая правка →
Содержимое удалено Содержимое добавлено
ВизуальныйВики-текст
корректировка вики-ссылки
Строка 24: Строка 24:
=== Теоретические проблемы ===
=== Теоретические проблемы ===
Некоторые особенности Стандартной модели добавлены специальным способом. Они не являются проблемой по существу (то есть теория хорошо работает с этими специальными особенностями), но они предполагают недостаток понимания. Эти специальные особенности побудили теоретиков искать более фундаментальные теории с меньшим количеством параметров. Некоторые из специальных особенностей:
Некоторые особенности Стандартной модели добавлены специальным способом. Они не являются проблемой по существу (то есть теория хорошо работает с этими специальными особенностями), но они предполагают недостаток понимания. Эти специальные особенности побудили теоретиков искать более фундаментальные теории с меньшим количеством параметров. Некоторые из специальных особенностей:
* '''[[Проблема иерархии фермионных масс]]'''. Стандартная модель вводит массы частиц посредством процесса, известного как [[Спонтанное нарушение электрослабой симметрии|спонтанное нарушение симметрии]], вызванное полем [[Механизм Хиггса|Хиггса]]. В рамках Стандартной модели масса Хиггса получает некоторые очень большие квантовые поправки, связанные с присутствием [[Виртуальная частица|виртуальных частиц]] (главным образом виртуальных [[t-кварк|топ-кварков]]). Эти поправки намного больше, чем фактическая масса Хиггса. Это означает, что параметр [[Голая масса|голой массы]] Хиггса в Стандартной модели должен быть {{Не переведено 3|Тонкая настройка|тонко настроен|en|Fine-tuning}} таким способом, который почти полностью отменяет квантовые поправки. Этот уровень тонкой настройки считается {{Не переведено 3|Естественность (физика)|неестественным|en|naturalness (physics)}} многими теоретиками.
* '''[[Проблема иерархии фермионных масс]]'''. Стандартная модель вводит массы частиц посредством процесса, известного как [[Спонтанное нарушение электрослабой симметрии|спонтанное нарушение симметрии]], вызванное полем [[Механизм Хиггса|Хиггса]]. В рамках Стандартной модели масса Хиггса получает некоторые очень большие квантовые поправки, связанные с присутствием [[Виртуальная частица|виртуальных частиц]] (главным образом виртуальных [[t-кварк|топ-кварков]]). Эти поправки намного больше, чем фактическая масса Хиггса. Это означает, что параметр [[Голая масса|голой массы]] Хиггса в Стандартной модели должен быть [[Тонкая настройка Вселенной|тонко настроен]] таким способом, который почти полностью отменяет квантовые поправки. Этот уровень тонкой настройки считается {{Не переведено 3|Естественность (физика)|неестественным|en|naturalness (physics)}} многими теоретиками.
* '''[[Сильная CP-проблема]]'''. Теоретически можно утверждать, что Стандартная модель должна содержать член, который нарушает [[CP-симметрия|CP-симметрию]] между материей и [[Антиматерия|антиматерией]] — в части [[Сильное взаимодействие|сильного взаимодействия]]. Экспериментально, однако, такое нарушение не было обнаружено, что означает, что коэффициент при этом члене очень близок к нулю. Эта тонкая настройка также считается противоестественной.
* '''[[Сильная CP-проблема]]'''. Теоретически можно утверждать, что Стандартная модель должна содержать член, который нарушает [[CP-симметрия|CP-симметрию]] между материей и [[Антиматерия|антиматерией]] — в части [[Сильное взаимодействие|сильного взаимодействия]]. Экспериментально, однако, такое нарушение не было обнаружено, что означает, что коэффициент при этом члене очень близок к нулю. Эта тонкая настройка также считается противоестественной.
* '''Количество параметров'''. Стандартная модель зависит от 19 числовых параметров. Их значения известны из эксперимента, но происхождение значений неизвестно. Некоторые теоретики пытались найти связь между различными параметрами, например между массами частиц в разных [[Поколение (физика элементарных частиц)|поколениях]].
* '''Количество параметров'''. Стандартная модель зависит от 19 числовых параметров. Их значения известны из эксперимента, но происхождение значений неизвестно. Некоторые теоретики пытались найти связь между различными параметрами, например между массами частиц в разных [[Поколение (физика элементарных частиц)|поколениях]].

Версия от 12:23, 11 января 2016

Физика за пределами Стандартной модели (иначе называемая Новая физика[1]) относится к теоретическим разработкам, которые необходимы, чтобы объяснить недостатки Стандартной модели, такие как происхождение массы, сильная CP-проблема, нейтринные осцилляции, асимметрия материи и антиматерии, происхождение тёмной материи и тёмной энергии.[2] Другая проблема заключается в математических основах самой Стандартной модели — Стандартная модель не согласуется с общей теорией относительности в том смысле, что одна или обе теории распадаются в своих описаниях на более мелкие при определенных условиях (например, в рамках известных сингулярностей пространства-времени, таких как Большой взрыв и горизонты событий чёрных дыр).

Теории, которые лежат за пределами Стандартной модели, включают в себя различные расширения Стандартной модели через суперсимметрию[1], такие как Минимальная суперсимметричная стандартная модель[англ.] и Следующая за минимальной суперсимметричная стандартная модель[англ.], либо совершенно новые объяснения, такие как теория струн, M-теория и дополнительные измерения. Поскольку эти теории, как правило, полностью согласуются с текущими наблюдаемыми явлениями или не доведены до состояния конкретных предсказаний, вопрос о том, какая теория является правильной (или по крайней мере «лучшим шагом» к Теории всего), может быть решён только с помощью экспериментов. В настоящее время это одна из наиболее активных областей исследований как в теоретической, так и в экспериментальной физике.

Проблемы Стандартной модели

Несмотря на то, что Стандартная модель в настоящее время является наиболее успешной теорией физики элементарных частиц, она несовершенна.[3]

Необъяснённые экспериментальные наблюдения

Есть целый ряд экспериментальных наблюдений за природой, для которых Стандартная модель не даёт адекватного объяснения.

  • Гравитация. Стандартная модель не предоставляет объяснение гравитации. Кроме того, она несовместима с наиболее успешной теорией гравитации на сегодняшний день — Общей теорией относительности.
  • Тёмная материя и тёмная энергия. Космологические наблюдения говорят нам, что Стандартная модель способна объяснить лишь около 4,5 % материи во Вселенной. Из недостающих 95,5 % около 22,5 % должны быть тёмной материей, то есть материей, которая ведёт себя точно так же как другая материя, которую мы знаем, но которая взаимодействует только слабо с полями Стандартной модели. Остальное должно быть тёмной энергией, постоянной плотностью энергии вакуума. Попытки объяснить тёмную энергию с точки зрения энергии вакуума Стандартной модели (планковская энергия) приводят к несоответствию в 120 порядков.
  • Массы нейтрино. Согласно Стандартной модели нейтрино являются безмассовыми частицами. Тем не менее, эксперименты с нейтринными осцилляциями показали, что нейтрино имеют массу. Массовые члены для нейтрино могут быть добавлены к Стандартной модели вручную, но это приводит к новым теоретическим проблемам. (Например, массовые члены должны быть чрезвычайно малы).
  • Асимметрия материи и антиматерии. Вселенная состоит по большей части из вещества. Тем не менее, Стандартная модель предсказывает, что вещество и антивещество должны были быть созданы в (почти) равных количествах, которые бы уничтожили друг друга, пока Вселенная охлаждалась.

Теоретические проблемы

Некоторые особенности Стандартной модели добавлены специальным способом. Они не являются проблемой по существу (то есть теория хорошо работает с этими специальными особенностями), но они предполагают недостаток понимания. Эти специальные особенности побудили теоретиков искать более фундаментальные теории с меньшим количеством параметров. Некоторые из специальных особенностей:

  • Проблема иерархии фермионных масс. Стандартная модель вводит массы частиц посредством процесса, известного как спонтанное нарушение симметрии, вызванное полем Хиггса. В рамках Стандартной модели масса Хиггса получает некоторые очень большие квантовые поправки, связанные с присутствием виртуальных частиц (главным образом виртуальных топ-кварков). Эти поправки намного больше, чем фактическая масса Хиггса. Это означает, что параметр голой массы Хиггса в Стандартной модели должен быть тонко настроен таким способом, который почти полностью отменяет квантовые поправки. Этот уровень тонкой настройки считается неестественным[англ.] многими теоретиками.
  • Сильная CP-проблема. Теоретически можно утверждать, что Стандартная модель должна содержать член, который нарушает CP-симметрию между материей и антиматерией — в части сильного взаимодействия. Экспериментально, однако, такое нарушение не было обнаружено, что означает, что коэффициент при этом члене очень близок к нулю. Эта тонкая настройка также считается противоестественной.
  • Количество параметров. Стандартная модель зависит от 19 числовых параметров. Их значения известны из эксперимента, но происхождение значений неизвестно. Некоторые теоретики пытались найти связь между различными параметрами, например между массами частиц в разных поколениях.

Теории Великого объединения

Основная статья: Теории Великого объединения

Стандартная модель имеет три калибровочные симметрии: цвета SU(3), слабого изоспина SU(2) и гиперзаряда U(1), соответствующие трём фундаментальным силам. Из-за перенормировки константы связи каждой из этих симметрий меняются в зависимости от энергии, при которой они измеряются. Около 1019 ГэВ эти связи становятся примерно равными. Это привело к предположению, что выше этой энергии три калибровочные симметрии Стандартной модели объединены в одной калибровочной симметрии с простой группой калибровочной группы, и только одной константой связи. Ниже этой энергии симметрия спонтанно нарушена к стандартным симметриям модели.[4] Популярным выбором для объединяющей группы является специальная унитарная группа в пяти измерениях SU(5) и специальная ортогональная группа в десяти измерениях SO(10)?!.[5]

Теории, которые объединяют симметрии Стандартной модели таким образом, называются теориями Великого объединения (или англ. Grand Unification Theories — GUT), а масштаб энергий, при которых единая симметрия нарушается, называется масштабом GUT. В общем, теории Великого объединения предсказывают создание магнитных монополей в ранней Вселенной[6] и нестабильность протона.[7] Эти предсказания, несмотря на интенсивный поиск, не подтверждаются экспериментально, и это налагает ограничения на возможные GUT.

Квантовая гравитация

Основная статья: Квантовая гравитация

Квантовая гравитация — направление исследований в теоретической физике, целью которого является квантовое описание гравитационного взаимодействия (и, в случае успеха — объединение таким образом гравитации с остальными тремя фундаментальными взаимодействиями, то есть построение так называемой «теории всего»).

См. также

Примечания

  1. ↑ 1 2 За пределами Стандартной модели. Элементы.ру. Дата обращения: 10 мая 2013. Архивировано 12 мая 2013 года.
  2. ↑ J. Womersley. «Beyond the Standard Model».
  3. ↑ Lykken, Beyond the Standard Model, arxiv.org:1005.1676.
  4. ↑ Peskin, Michael Edward. An introduction to quantum field theory / Michael Edward Peskin, Daniel V. Schroeder. — Addison-Wesley, 1995. — P. 786–791. — ISBN 9780201503975.
  5. ↑ Buchmüller (2002). "Neutrinos, Grand Unification and Leptogenesis". arXiv:hep-ph/0204288v2. {{cite arXiv}}: |class= игнорируется (справка)
  6. ↑ Magnetic Monopoles
  7. ↑ Pran Nath; Pavel Fileviez Perez (2006). "Proton stability in grand unified theories, in strings, and in branes". arXiv:hep-ph/0601023v3. {{cite arXiv}}: |class= игнорируется (справка)

Ссылки

Источник — https://ru.wikipedia.org/ruwiki/w/index.php?title=Физика_за_пределами_Стандартной_модели&oldid=75695246