แบบจำลองมาตรฐาน
แบบจำลองมาตรฐาน (อังกฤษ: Standard Model) ของ ฟิสิกส์ของอนุภาค เป็นทฤษฎีหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ของนิวเคลียสที่เป็นแบบแม่เหล็กไฟฟ้า, ที่อ่อนแอ, และที่แข็งแกร่ง เช่นเดียวกับการแยกประเภทของอนุภาคย่อยของอะตอมที่เรารู้จักแล้วทั้งหมด มันถูกพัฒนาขึ้นในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 ในฐานะที่เป็นความพยายามในความร่วมมือของนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก[1] รูปแบบปัจจุบันได้รับการสรุปขั้นตอนสุดท้ายในช่วงกลางของทศวรรษที่ 1970 ภายใต้การยืนยันด้วยการทดลองของการดำรงอยุ่ของควาร์ก ตั้งแต่นั้นมา การค้นพบทอปควาร์ก (1995), เทานิวทริโน (2000), และเร็ว ๆ นี้ ฮิกส์โบซอน (2012), ได้เพิ่มเครดิตให้กับแบบจำลองพื้นฐาน เนื่องจากความสำเร็จของมันในการอธิบายความหลากหลายอย่างกว้างขวางของผลลัพธ์จากการทดลอง แบบจำลองพื้นฐานบางครั้งถูกพิจารณาว่าเป็น "ทฤษฏีของเกือบทุกสิ่ง"
แม้ว่าแบบจำลองมาตรฐานจะถูกเชื่อว่าจะเป็นความสม่ำเสมอในทางทฤษฎีด้วยตัวมันเองก็ตาม[2] และได้แสดงให้เห็นถึงความสำเร็จอย่างใหญ่หลวงและต่อเนื่องในการให้การคาดการณ์จากการทดลองที่ดี มันทิ้งปรากฏการณ์ที่อธิบายไม่ได้บางอย่างไว้ให้และมันให้ผลงานต่ำกว่าที่ประมาณการไว้ของการเป็นทฤษฎีที่สมบูรณ์แบบของการปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน มันไม่ได้รวบรวมทฤษฎีที่สมบูรณ์ของแรงโน้มถ่วง[3] ตามที่ถูกอธิบายไว้โดย'ความสัมพันธ์ทั่วไป' หรือมีส่วนรับผิดชอบในการขยายตัวแบบเร่งของจักรวาล (ตามที่อาจได้อธิบายไว้โดยพลังงานมืด) แบบจำลองไม่ได้ประกอบด้วยอนุภาคสสารมืดที่ใช้การได้ใด ๆ ที่ครอบครองทั้งหมดของคุณสมบัติที่ต้องการที่ได้ข้อสรุปมาจากจักรวาลที่สังเกตการณ์ มันก็ไม่ได้รวบรวมการสั่นของนิวตริโน (อังกฤษ: neutrino oscillation) (และมวลที่ไม่เป็นศูนย์ของพวกมัน) อีกด้วย
พัฒนาการของแบบจำลองมาตรฐานถูกผลักดันโดยนักฟิสิกส์อนุภาคที่ทำงานในทางทฤษฎีและการทดลองเหมือนกัน สำหรับนักทฤษฎีทั้งหลาย แบบจำลองมาตรฐานเป็นกระบวนทัศน์หนึ่งของ'ทฤษฎีสนามควอนตัม' ที่แสดงความหลากหลายของทฤษฎีฟิสิกส์ที่รวมถึง'การทำลายทางสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง', ความผิดปกติด้านฟิสิกส์, พฤติกรรมที่ไม่รบกวน ฯลฯ มันถูกใช้เป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างแบบจำลองที่แปลกใหม่มากขึ้นที่จะรวบรวม'อนุภาคสมมุติ', พวกที่มีขนาดเกินพิเศษ, และพวกสมมาตรซับซ้อน (เช่นซูเปอร์สมมาตร) ในความพยายามหนึ่งที่จะอธิบายผลลัพธ์จากการทดลองที่แตกต่างกับแบบจำลองมาตรฐานเช่นการดำรงอยู่ของสสารมืดและการสั่นของนิวตริโน
ภาพรวมแก้ไข
ในปัจจุบัน สสารและพลังงานจะเข้าใจดีที่สุดในแง่ของพลศาสตร์การเคลื่อนไหวและปฏิสัมพันธ์พื้นฐานของอนุภาคมูลฐาน ณ วันนี้ ฟิสิกส์ได้ลดกฎทางวิทยาศาสตร์ที่ควบคุมพฤติกรรมและปฏิสัมพันธ์ของทุกรูปแบบของสสารและพลังงานที่รู้จักกันแล้ว ให้เป็นชุดเล็ก ๆ ของทฤษฎีและกฎพื้นฐาน เป้าหมายหลักของฟิสิกส์ก็คือการหา "จุดร่วม" ที่จะรวบรวมทั้งหมดของทฤษฎีเหล่านี้เข้าด้วยกันให้เป็น'ทฤษฎีของทุกสิ่ง'แบบบูรณาการเพียงหนึ่งเดียว ซึ่งในทฤษฎีนี้ทั้งหมดของกฏอื่นที่รู้จักแล้วจะเป็นกรณีพิเศษ และจากกรณีพิเศษเหล่านี้พฤติกรรมของทุกสสารและพลังงานก็จะสามารถถูกค้นพบได้ (อย่างน้อยก็ในหลักการ)[4]
เนื้อหาของอนุภาคแก้ไข
แบบจำลองมาตรฐานจะรวมถึงสมาชิกทั้งหลายของชั้นต่าง ๆ ของอนุภาคมูลฐาน (เฟอร์มิออน, เกจโบซอน, และฮิกส์โบซอน) ซึ่งจะสามารถแยกแยะความแตกต่างตามลักษณะสมบัติอื่น ๆ เช่นประจุสี
เฟอร์มิออนแก้ไข
แบบจำลองมาตรฐานประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน 61 ชนิด ดังนี้[5]
| จำนวนชนิด | จำนวนรุ่นตระกูล | ปฏิยานุภาค | ประจุสี | จำนวนรวม | |
|---|---|---|---|---|---|
| ควาร์ก | 2 | 3 | คู่ | 3 | 36 |
| เลปตอน | 2 | 3 | คู่ | ไม่มี | 12 |
| กลูออน | 1 | 1 | เดี่ยว | 8 | 8 |
| W โบซอน | 1 | 1 | คู่ | ไม่มี | 2 |
| Z โบซอน | 1 | 1 | เดี่ยว | ไม่มี | 1 |
| โฟตอน | 1 | 1 | เดี่ยว | ไม่มี | 1 |
| ฮิกส์โบซอน | 1 | 1 | เดี่ยว | ไม่มี | 1 |
| รวม | 61 | ||||
แรงพื้นฐานแก้ไข
บทความหลัก: อันตรกิริยาพื้นฐาน
[icon] ส่วนนี้ต้องขยาย (ตุลาคม 2015)
แบบจำลองมาตรฐานใช้จำแนกแรงพิ้นฐานในธรรมชาติทั้งสี่ ในแบบจำลองมาตรฐาน แรงไดัรับการอธิบายว่าเป็นการแลกเปลี่ยนอย่างหนึ่งของพวกโบซอนระหว่างวัตถุที่ได้รับผลกระทบ เช่นโฟตอนสำหรับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและกลูออนสำหรับปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง อนุภาคเหล่านั้นจะถูกเรียกว่าพาหะแรง (อังกฤษ: force carrier)[6]
| คุณสมบัติ/ปฏิสัมพันธ์ | โน้มถ่วง | อ่อนแอ | แรงแม่เหล็กไฟฟ้า | แข็งแรง | |
|---|---|---|---|---|---|
| (electroweak) | พื้นฐาน | สิ่งที่เหลือ | |||
| กระทำต่อ: | มวล - พลังงาน | สายพันธ์ | ประจุไฟฟ้า | ประจุสี | นิวเคลียส |
| อนุภาคที่ต้องประสพ: | ทั้งหมด | ควาร์ก, เลปตัน | ประจุด้วยไฟฟ้า | ควาร์ก, กลูออน | แฮดรอน |
| อนุภาคที่เชื่อมโยง: | แกรวิตอน (ยังไม่พบ) |
W+ W− Z0 | γ | กลูออน | มีซอน |
| ความแข็งแรงในมาตรวัดของควาร์ก: | 10−41 | 10−4 | 1 | 60 | ใช้ไม่ได้ กับควาร์ก |
| ความแข็งแรงในมาตรวัดของ โปรตอน/นิวตรอน: |
10−36 | 10−7 | 1 | ใช้ไม่ได้ กับแฮดรอน |
20 |
อ้างอิงแก้ไข
- ↑ R. Oerter (2006). The Theory of Almost Everything: The Standard Model, the Unsung Triumph of Modern Physics (Kindle ed.). Penguin Group. p. 2. ISBN 0-13-236678-9.
- ↑ ในความเป็นจริง ยังมีประเด็นด้านคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับทฤษฏีสนามควอนตัมที่ยังคงอยู่ระหว่างการอภิปราย (ดู Landau pole), แต่การคาดการณ์ที่สกัดจากแบบจำลองมาตรฐานโดยวิธีการขณะนี้จะนำไปใช้กับการทดลองในขณะนี้จะเป็นสม่ำเสมอด้วยตัวเองทั้งหมด สำหรับการหารือต่อไป ดู บทที่ 25 ของ R. Mann (2010). An Introduction to Particle Physics and the Standard Model. CRC Press. ISBN 978-1-4200-8298-2.
- ↑ Sean Carroll, Ph.D., Cal Tech, 2007, The Teaching Company, Dark Matter, Dark Energy: The Dark Side of the Universe, Guidebook Part 2 page 59, Accessed Oct. 7, 2013, "...แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาค: ทฤษฎีสมัยใหม่ของอนุภาคมูลฐานและปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน... มันไม่ได้, พูดอย่างเข้มงวด, รวมถึงแรงโน้มถ่วง, ถึงแม้ว่ามันมักจะสะดวกที่จะรวมแกรวิตอนเข้าไปในกลุ่มของอนุภาคของธรรมชาติที่รู้จักแล้ว..."
- ↑ "รายละเอียดสามารถหาออกมาได้ถ้าสถานะการณ์จะง่ายพอสำหรับเราที่จะทำการประมาณการ, ซึ่งแทบจะไม่มีทางเป็นไปได้, แต่บ่อยครั้งเราสามารถเข้าใจได้ไม่มากก็น้อยว่ามันเกิดอะไรขึ้น" จาก The Feynman Lectures on Physics, Vol 1. pp. 2–7
- ↑ S. Braibant, G. Giacomelli, M. Spurio (2009). Particles and Fundamental Interactions: An Introduction to Particle Physics. Springer. p. 313-314. ISBN 978-94-007-2463-1.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
- ↑ http://home.web.cern.ch/about/physics/standard-model Official CERN website
- ↑ http://www.pha.jhu.edu/~dfehling/particle.gif
แหล่งข้อมูลอื่นแก้ไข
สำหรับผู้อ่านทั่วไปแก้ไข
- Oerter, Robert (2006) The Theory of Almost Everything: The Standard Model, the Unsung Triumph of Modern Physics. Plume.
- Schumm, Bruce A. (2004) Deep Down Things: The Breathtaking Beauty of Particle Physics. Johns Hopkins Univ. Press. ISBN 0-8018-7971-X.
- Victor Stenger (2000) Timeless Reality. Prometheus Books. Chpts. 9-12.
- explain it in 60 seconds
ตำราพื้นฐานแก้ไข
- W. Greiner and B. Müller, with a foreword by D.A. Bromley. (2000). Gauge Theory of Weak Interactions. Springer. ISBN 3-540-67672-4.
- Coughlan, G. D., J. E. Dodd, and B. M. Gripaios (2006) The Ideas of Particle Physics: An Introduction for Scientists, 3rd ed. Cambridge Univ. Press. An undergraduate text for those not majoring in physics.
- Griffiths, David J. (1987). Introduction to Elementary Particles. Wiley, John & Sons, Inc. ISBN 0-471-60386-4.
- Kane, Gordon L. (1987). Modern Elementary Particle Physics. Perseus Books. ISBN 0-201-11749-5.
ตำราขั้นสูงแก้ไข
- Cheng, Ta Pei; Li, Ling Fong (2006). Gauge theory of elementary particle physics. Oxford University Press. ISBN 0-19-851961-3.CS1 maint: multiple names: authors list (link) Highlights gauge theory aspects of the Standard Model.
- Donoghue, J. F.; Golowich, E.; Holstein, B. R. (1994). Dynamics of the Standard Model. Cambridge University Press. ISBN 978-0521476522.CS1 maint: multiple names: authors list (link) Highlights dynamical and phenomenological aspects of the Standard Model.
- O'Raifeartaigh, L. (1988). Group structure of gauge theories. Cambridge University Press. ISBN 0-521-34785-8. Highlights group-theoretical aspects of the Standard Model.