Standardni model čestica
<s>Standardni model čestica je opis subatomskih čestica i elektromagnetskoga, slabog i jakoga međudjelovanja, koji omogućava objašnjavanje pojava koje se uočavaju u pokusima u velikim ubrzivačima čestica.</s><s>Osnovne su sastavnice standardnoga modela temeljne čestice tvari (fermionska polja tvari, spina 1/2), prijenosnici sila (baždarni bozoni, spina 1) i područje lomljenja baždarne simetrije (skalarna polja, Higgsove čestice, spina 0).</s>

<s>Područje prijenosnika sila opisano je s 12 baždarnih bozona.</s><s>Četiri od njih: bezmaseni foton, dva masivna W-bozona i masivni neutralni Z-bozon, vežu se na nabijene i neutralne struje slaboga međudjelovanja (slaba nuklearna sila).</s><s>Preostalih osam bezmasenih baždarnih bozona obojeni su gluoni.</s><s>Baždarnomu području standardnoga modela pridruženo je područje lomljenja baždarne simetrije, da bi se prijenosnicima kratkodosežnih slabih sila mogla pridijeliti odgovarajuća masa.</s><s>Riječ je o spontanom lomljenju simetrije i s njim povezanim takozvanim Higgsovim mehanizmom.</s><s>Razjašnjenje toga područja jedan je od ciljeva budućih pokusa na Velikom hadronskom sudarivaču LHC u CERN-u kraj Ženeve.</s>

<s>Spektar temeljnih čestica tvari čini dvanaest točkastih čestica bez podstrukture, naboji kojih služe kao izvori sila.</s><s>Riječ je o šest kvarkova i šest leptona, koji su fermioni (čestice polucijeloga spina).</s><s>Gotovo je sva tvar dijela svemira u kojem živimo građena od kvarkova i leptona prvoga naraštaja (gornjih kvarkova i donjih kvarkova, elektrona i elektronskoga neutrina), dok su preostale temeljne čestice i čestice izgrađene od njih otkrivene u kozmičkom zračenju i u pokusima u ubrzivačima čestica.</s><s>Odgovore koji se odnose na ulogu gravitacije, tamne tvari i tamne energije treba potražiti na kozmološkom planu.</s>

<s>Standardni model je kvantna teorija polja usklađena s kvantnom mehanikom i teorijom relativnosti i do sada je potvrđena predviđanjem rezultata gotovo svih pokusa u kojima djeluju 3 temeljna međudjelovanja (fundamentalne interakcije).</s><s>Ipak, standardni model nije kompletna teorija jer ne uključuje gravitaciju, a također ovisi i o nizu pokusima dobivenih  parametara (mase čestica i konstante vezanja) koji se ne mogu dobiti iz same teorije.</s>

<s>Objašnjenje 
Prema standardnom modelu trenutno postoji 12 elementarnih čestica za koje se smatra da izgrađuju svu materiju u svemiru.</s><s>Tih 12 čestica zajedničkim imenom nazivaju se fermioni, a dijele se u dvije grupe od po 6 čestica – kvarkove i leptone.</s><s>Cilj fizike elementarnih čestica je utvrditi identitet svih elementarnih čestica i načine na koje elementarne čestice međusobno djeluju.</s><s>Prema standardnom modelu postoje 4 osnovne sile: gravitacijska, elektromagnetska, slaba nuklearna i jaka nuklearna sila, putem kojih 6 leptona i 6 kvarkova međusobno djeluju razmjenom čestica prijenosnika sila – bozona, odnosno baždarnih bozona.</s><s>Pomoću 12 čestica koje izgrađuju materiju i 4 čestice prijenosnika međudjelovanja između čestica materije može se opisati ponašanje sve promatrane materije u svemiru.</s>

<s>Teorija elementarnih čestica uobličena je početkom 70-tih godina 20. stoljeća pod nazivom standardni model.</s><s>Iako se iz samog imena ne može zaključiti, standardni model zapravo nije model, već matematički precizna teorija gibanja sustava najmanjih sastavnica materije – elementarnih čestica, čija se predviđanja u potpunosti slažu sa rezultatima brojnih pokusa.</s>

<s>Prema standardnom modelu vjeruje se da je svemir sastavljen od materije (4% atoma i 20% tamne materije koju ne možemo promatrati ili objasniti) i energije (76% tamne energije).</s><s>Model objašnjava načine na koje se 16 elementarnih čestica veže zajedno u atome i molekule stvarajući materiju uz djelovanje 4, odnosno 3 temeljne sile: elektromagnetska, slaba nuklearna i jaka nuklearna sila.</s><s>Znanstvenici još ne znaju kako povezati gravitaciju sa standardnim modelom.</s>

<s>Ovih 16 čestica i Higgsov bozon svrstava se u dvije velike grupe: fermione, koji čine materiju, i bozone.</s><s>U fermione, čestice s polucjelobrojnim spinom (1/2, 3/2, 5/2, …), ubrajamo 6 kvarkova i 6 leptona.</s><s>Svaki lepton ima svog odgovarajućeg neutrina, česticu bez mase i jako velike brzine.</s><s>Danas znanstvenici nisu još sigurni po pitanju imaju li neutrini masu ili ne.</s><s>Nedavna mjerenja pokazuju da bi neutrini mogli imati izuzetno malu, ali konačnu masu, no ipak ovo i dalje ostaje neriješeno pitanje u eksperimentalnoj fizici.</s><s>Što se tiče standardnog modela, neutrini su bez mase.</s><s>Sve čestice također imaju i svoju odgovarajuću antičesticu, koja se ponaša isto kao i originalna čestica, ali se poništava u dodiru s materijom, odnosno s originalnom česticom, pretvarajući mase obje čestice u čistu energiju u procesu anihilacije (poništenja).</s><s>Svu materiju u svemiru grade dvije vrste kvarkova (gornji i donji kvark) i jedna vrsta leptona (elektron).</s><s>Nije sasvim jasno zašto priroda ima potrebu za postojanjem preostala 4 kvarka i 5 leptona, oni su samo masivnija verzija ove 3, tako reći glavne čestice.</s>

<s>Bozoni su čestice s cjelobrojnim vrijednostima spina (0, 1, 2, …) koje djeluju kao prijenosnici 3 temeljne sile u prirodi (elektromagnetska, slaba nuklearna i jaka nuklearna sila).</s><s>Najpoznatiji bozon je foton, prijenosnik elektromagnetske sile koja je odgovorna za pojavu električne struje, magnetizma i svjetlosti.</s><s>W i Z bozoni su prijenosnici slabe nuklearne sile, a gluon jake nuklearne sile koja vezuje kvarkove u veće čestice poput neutrona i protona.</s><s>Postojanje Higgsova bozona, elementarne čestice kojom se objašnjava masa drugih čestica, a posebno zašto su W i Z bozoni toliko masivni za razliku od fotona koji nema masu, potvrđeno je dana 14. ožujka 2013.</s>

<s>Budući da znanstvenici još uvijek nisu uspjeli povezati gravitaciju sa standardnim modelom, pretpostavlja se postojanje čestice graviton koja bi mogla biti prijenosnik gravitacijske sile.</s><s>Ako bi se dokazalo postojanje ove čestice, standardni model bi se mogao zamijeniti nedostižnom teorijom svega (eng. Theory of Everything), koja bi ujedinila sve 4 temeljne sile prirode.</s>

<s>Standardna teorija čestica i sila 
Standardna teorija čestica i sila je kvantnomehanički teorijski opis potvrđen pokusima standardnoga modela čestica kojim su opisane elementarne čestice i njihova elektroslaba i jaka međudjelovanja.</s><s>S teorijske strane opis se temelji na svojstvu renormalizabilnosti (uklonjivosti beskonačnosti koje se pojavljuju pri izračunu kvantnih petlji), a s pokusima na slaganju izmjerenih vrijednosti s onima koje daju teorijska predviđanja na razini kvantnih petlja.</s><s>U 1960-ima je kvantna elektrodinamika bila jedina poznata značajna baždarna teorija.</s><s>Daljnji razvoj postignut je dokazom da su i baždarne teorije sa samointerakcijom (poznate kao Yang-Millsove teorije) renormalizabilne te da renormalizabilnost vrijedi i ako je baždarna simetrija spontano slomljena.</s><s>Elektroslaba teorija objedinjuje elektromagnetske i jake procese na sličan način kao što Maxwellovo elektromagnetsko ujedinjenje povezuje električne i magnetske pojave.</s><s>Uz elektroslabi dio, standardna teorija uključuje i opis jake sile s pomoću baždarne simetrije, takozvane SU(3) boje.</s><s>Ukupno su sile standardne teorije opisane s 12 baždarnih bozona.</s>

<s>Elektroslabi dio i dio jake sile dvije su odvojene sastavnice standardne teorije.</s><s>Zajedničko im je da se oslanjaju na relativističku teoriju polja i na dodatni princip Yang-Millsove lokalne simetrije.</s><s>Riječ je o jednom od presudnih koraka poopćavanjem već poznatih globalnih (prostorno-vremensko neovisnih) internih simetrija na lokalne, zahtjevom da se u svakoj prostorno-vremenskoj točki može učiniti neovisna rotacija u određenom unutrašnjem prostoru.</s><s>Najprije se početkom 1970-ih spoznalo da su elektromagnetska i slaba međudjelovanja opisana SU(2)×U(1) Yang-Millsovom teorijom, a potom da se i temeljno jako međudjelovanje kvarkova i gluona može svesti na SU(3) Yang-Millsovu teoriju boje.</s><s>Utvrđena renormalizabilnost omogućuje precizne proračune koji su izloženi provjerama pokusa.</s><s>Posebna je epizoda bilo svođenje jake sile na teoriju polja.</s><s>Ona je zaokružena dodjeljivanjem Nobelove nagrade 2004.</s><s>D. J. Grossu, H. D. Politzeru i F. A. Wilczeku za otkriće asimptotske slobode u teoriji jakoga međudjelovanja.</s><s>Pošto je postalo jasno da je jaka sila vezana za svijet kvarkova zatočenih unutar dimenzija čestica koje oni izgrađuju, jakost te sile mora rasti pri svakom pokušaju razdvajanja kvarkova.</s><s>Pokusna potvrda asimptotske slobode stavila je kvantnu kromodinamiku uz bok elektroslabe teorije i time ustanovila ukupnu teoriju baždarnoga područja, koja se temelji na umnošku grupa U(1)×SU(2)×SU(3), s malim brojem parametara (3 kontinuirane promjenljive jakosti vezanja) može se kvantitativno (brojčano) opisati golem broj rezultata mjerenja.</s><s>Ustanovljavanje asimptotske slobode za Yang-Millsove komponente SU(2) i SU(3) u umnošku "1×2×3" otvara mogućnost susreta jakosti takozvanih abelovskog i neabelovskih naboja i potiče proučavanje teorija velikog ujedinjenja.</s><s>Takvo stvarno ujedinjenje naboja pokazuje mogućnost veze fizikalne stvarnosti i ideala matematičke elegancije.</s><s>Na tom tragu izrasla su i poopćena supersimetrična ujedinjenja, gdje i čestice različitoga spina ulaze u isti multiplet.</s>

<s>Temeljna međudjelovanja</s>

<s>Fundamentalne interakcije, osnovne sile ili temeljno međudjelovanje je međudjelovanje elementarnih čestica: gravitacijsko, elektromagnetsko, jako i slabo.</s><s>Sva poznata međudjelovanja posljedica su tih 4 temeljnih međudjelovanja.</s><s>Temeljna međudjelovanja međusobno se razlikuju po česticama na koje djeluju, jakosti, dosegu i česticama koje ih prenose.</s><s>Jako međudjelovanje djeluje na kvarkove i gluone, slabo međudjelovanje na kvarkove i leptone, elektromagnetsko međudjelovanje na sve čestice nabijene električnim nabojem, a gravitacijsko međudjelovanje na sve čestice koje imaju masu.</s><s>Gravitacijsko međudjelovanje između elementarnih čestica je iznimno slabo, slabo međudjelovanje je malo jače, elektromagnetsko još jače i jako je međudjelovanje najjače.</s><s>Doseg elektromagnetskog i gravitacijskog međudjelovanja je beskonačan, a doseg jakog i slabog međudjelovanja je kratak, približno poput promjera atomske jezgre.</s><s>Jako međudjelovanje prenose gluoni, elektromagnetsko fotoni, slabo W± i Z0 bozoni a gravitacijsko gravitoni (koji nisu pokusima potvrđeni).</s>

<s>(1) približne veličine.</s><s>Točne vrijednosti ovise o česticama i energiji.</s>

<s>Izvori</s>

<s>Fizika elementarnih čestica
Kvantna mehanika
Fundamentalni koncepti fizike</s>

