Standardimallin jälkeinen fysiikka (toisin sanoen New Physics [1] ) viittaa teoreettiseen kehitykseen , jota tarvitaan selittämään Standardimallin puutteet , kuten massan alkuperä , vahva CP-ongelma , neutriinovärähtelyt , aineen epäsymmetria. ja antimateria , pimeän aineen ja pimeän energian alkuperä . [2] Toinen ongelma piilee itse standardimallin matemaattisissa perusteissa – standardimalli ei ole yleisen suhteellisuusteorian mukainen.siinä mielessä, että toinen tai molemmat teoriat hajoavat kuvauksissaan pienemmiksi tietyissä olosuhteissa (esimerkiksi tunnetuissa aika-avaruussingulariteettien sisällä , kuten alkuräjähdyksen ja mustan aukon tapahtumahorisontit ).
Standardimallin ulkopuolella sijaitseviin teorioihin kuuluu erilaisia standardimallin laajennuksia supersymmetrian [1] kautta , kuten minimisupersymmetrinen standardimalli ja minimisupersymmetrisen standardimallin vieressä , tai täysin uusia selityksiä, kuten merkkijono . teoria , M-teoria ja lisämitat . Koska nämä teoriat ovat yleensä täysin sopusoinnussa nykyisten havaittavien ilmiöiden kanssa, tai ne eivät johda konkreettisiin ennusteisiin, kysymys siitä, mikä teoria on oikea (tai ainakin "paras askel" kohti kaiken teoriaa ), voidaan vastata vain kokeilemalla päätetty.. Se on tällä hetkellä yksi aktiivisimmista sekä teoreettisen että kokeellisen fysiikan tutkimusalueista .
Vaikka standardimalli on tällä hetkellä menestynein hiukkasfysiikan teoria , se ei ole täydellinen. [3]
On olemassa useita kokeellisia luonnonhavaintoja, joille standardimalli ei anna riittävää selitystä.
Jotkut vakiomallin ominaisuudet on lisätty erityisellä tavalla. Ne eivät sinänsä ole ongelma (eli teoria toimii hyvin näiden erityispiirteiden kanssa), mutta ne viittaavat ymmärryksen puutteeseen. Nämä erityispiirteet ovat saaneet teoreetikot etsimään perustavanlaatuisempia teorioita, joissa on vähemmän parametreja. Jotkut erikoisominaisuuksista:
Supersymmetria on hypoteettinen symmetria , joka yhdistää bosonit ja fermionit luonnossa [8] . Abstrakti supersymmetriamuunnos yhdistää bosonisen ja fermionisen kvanttikentän , jotta ne voivat muuttua toisikseen. Kuvannollisesti voidaan sanoa, että supersymmetrian muutos voi muuttaa aineen vuorovaikutukseksi ( tai säteilyksi ) ja päinvastoin.
Supersymmetriaan liittyy (ainakin) tunnettujen alkuainehiukkasten lukumäärän kaksinkertaistaminen superpartnerien läsnäolon vuoksi. Esimerkiksi fotonille - photino, quark - squark , higgs - higgsino ja niin edelleen. Superpartnerien spin-arvon tulee olla puoli-kokonaisluku erilainen kuin alkuperäisen hiukkasen spin-arvo [9] [10] .
Tällä hetkellä supersymmetria on fysikaalinen hypoteesi, jota ei ole vahvistettu kokeellisesti. On ehdottoman todettu, että maailmamme ei ole supersymmetrinen tarkan symmetrian merkityksessä, koska missä tahansa supersymmetrisessä mallissa supersymmetrisellä muunnoksella yhdistetyillä fermioneilla ja bosoneilla on oltava samat massa- , varaus- ja muut kvanttiluvut ( spiniä lukuun ottamatta ). Tämä vaatimus ei täyty luonnossa tunnetuille hiukkasille. Oletetaan kuitenkin, että on olemassa energiaraja, jonka ylittäessä kentät ovat alttiina supersymmetrisille muunnoksille, mutta eivät rajan sisällä. Tässä tapauksessa tavallisten hiukkasten superpartnerihiukkaset osoittautuvat erittäin kevyiksi tavallisiin hiukkasiin verrattuna [11] .
Tavallisten hiukkasten superkumppanien etsiminen on yksi modernin korkean energian fysiikan päätehtävistä [11] . On odotettavissa, että Large Hadron Collider [12] pystyy löytämään ja tutkimaan supersymmetrisiä hiukkasia, jos niitä on, tai kyseenalaistaa supersymmetrisiä hypoteeseja, jos mitään ei löydy.
Vakiomallissa on kolme mittasymmetriaa : värit SU(3) , heikko isospin SU(2) ja hypercharge U(1) , jotka vastaavat kolmea perusvoimaa. Renormalisoinnista johtuen näiden symmetrioiden kytkentävakiot muuttuvat riippuen energiasta, jolla ne mitataan. Noin 10 19 GeV näistä sidoksista tulee suunnilleen yhtä suuria. Tämä johti ehdotukseen, että tämän energian yläpuolella vakiomallin kolme ulottumasymmetriaa yhdistetään yhdeksi ulottumasymmetriaksi yksinkertaisen mittariryhmän ryhmän ja vain yhden kytkentävakion kanssa. Tämän energian alapuolella symmetria katkeaa spontaanisti vakiomallin symmetrioihin. [13] Suosittuja valintoja yhdistävälle ryhmälle ovat erityinen unitaarinen ryhmä viidessä ulottuvuudessa SU(5) ja erityinen ortogonaalinen ryhmä kymmenessä ulottuvuudessa SO(10) . [neljätoista]
Teorioita, jotka yhdistävät standardimallin symmetriat tällä tavalla, kutsutaan Grand Unification Theories ( GUTs ) -teorioiksi, ja energioiden asteikkoa, jolla yhtenäinen symmetria katkeaa, kutsutaan GUT-asteikoksi. Yleisesti ottaen Grand Unified Teoriat ennustavat magneettisten monopolien syntymistä varhaisessa universumissa [15] ja protonin epävakautta . [16] Näitä ennusteita ei intensiivisestä etsinnästä huolimatta ole vahvistettu kokeellisesti, ja tämä asettaa rajoituksia mahdollisille GUT:ille.
Kvanttigravitaatio on teoreettisen fysiikan tutkimuslinja , jonka tarkoituksena on kvanttikuvaus gravitaatiovuorovaikutuksesta (ja jos onnistuu, painovoiman yhdistäminen kolmen muun perusvuorovaikutuksen kanssa tällä tavalla , ts. niin kutsuttu " kaiken teoria ").
| Fysiikka standardimallin ulkopuolella | |
|---|---|
| Todisteet | |
| teorioita | |
| supersymmetria | |
| kvanttipainovoima | |
| Kokeilut | |