النموذج العياري لفيزياء الجسيمات

النموذج العياري لفيزياء الجسيمات

تقوم نظرية النموذج العياري أو القياسي Standard model في فيزياء الجسيمات على توصيف ثلاث قوى أساسية في الطبيعة هي : الضعيفة والقوية والكهرومغناطيسية كما تقوم بتوصيف الجسيمات الأولية التي تدخل في تركيب المادة. تم تطوير هذه النظرية بين 1973 و1974 كأحد نظريات الحقل الكمومي المتوافقة مع نظرية النسبية الخاصة وميكانيكا الكم، ولهذا التاريخ تؤكد جميع التجارب المجراة صدق تنبؤات هذه النظرية، إلا أن النقص الأساسي في هذه النظرية يكمن في عدم احتوائها للقوة الأساسية الرابعة وهي قوة الثقالة أو الجاذبية. فكل جهود الفيزياء النظرية الآن تنصب على صياغة نظرية كاملة تنبع منها القوى الأساسية الأربع بما فيها قوة الثقالة، فعملية إدخال النظرية النسبية العامة التي تعالج الثقالة مع ميكانيكا الكم تعد من أهم المعضلات التي تواجه الفيزياء الحديثة.

النموذج العياري لفيزياء الجسيمات

النموذج العياري يتضمن نوعين من الجسيمات الأولية :فرميونية وبوزونية. الفرميونات عبارة عن جسيمات سبين نصف-صحيح half-integer (أي لها عزما مغزليا=1/2) وتخضع مبدأ باولي في الاستبعاد، الذي ينص عاى أنه لا يمكن لفرميونين أن يتشاركا في الحالة الكمومية ذاتها، أي الصياغة الرياضية للحالة الكمومية التي يحتلانها. ولهذا نجد على سبيل المثال أن إلكترونين في الذرة يتخذ أحدهما الحالة المغزلية الكمومية + 1\2 وويتخذ الإلكترون الآخر الحالة المغزلية الكمومية -1\2.
بالمقابل تملك البوزونات سبينا صحيحا (عزمها المغزلي = 0 أو 1) ولاتخضع لمبدأ باولي بالاستبعاد. بكلام آخر : الفرميونات جسيمات مادية تشكل أساس المادة، في حين أن البوزونات هي الجسيمات التي تنقل القوى، مثل الفوتونات. انظر مقالة جسيمات متماثلة لتفصيل أكبر حول الموضوع.
في النموذج العياري، تندمج نظرية التآثر الإلكتروني-الضعيف electroweak interaction (القوة الإلكترونية الضعيفة) التي تصف (التآثرات الضعيفة والكهرطيسية) مع نظرية الكروموديناميك الكمومي. جميع هذه النظريات هي نظريات غيجية gauge theories، أي أنها تنمذج model القوى بين الفرميونات بمزاوجتهم مع البوزونات التي تتوسط (تحمل) القوى المتبادلة بين الجسيمات المادية.
اللاغرانغي Lagrangian لكل مجموعة من البوزونات الوسيطة يكون لامتباينا بالنسبة لتحويل يدعى التحويل الغيجي gauge transformation، لذلك فإن البوزونات الوسيطة (الحاملة للقوى) mediating bosons يشار لها بالبوزونات الغَيجية gauge boson.
في أوائل أبريل، 2011 أكدت نتائج مصادم الهدرونات الكبير اكتشاف سابقه، تيفاترون التي كان قد لاحظها عام 2008. وجد العلماء أن الكوارك العلوي وهو الكوارك الأثقل بين الكواركات الستة يتصرف على نحو شاذ عند الطاقات العليا (فوق 450 غيغا إلكترون فولت) حيث أن 45% من الكواركات العلوية تعبر مسار حزمة البروتونات بينما المتوقع 9%. إن صحت هذه التأكيدات فإن العلماء بذلك قد اكتشفوا قوة أساسية جديدة إضافة للقوى الأربعة المألوفة مسؤولة عن تآثر الكواركات العلوية وهذا يستدعي إعادة نمذجة النموذج العياري.

المراجع

1. ^ Remodeling the standard model - ScienceNews.
2. ^ Is Tevatron's particle a new force of nature? - guardian.co.uk