Cos'è il modello standard?
Il modello standard della fisica delle particelle è la migliore approssimazione della fisica a una teoria completa della realtà. Descrive dozzine di particelle e le interazioni tra loro, che rientrano in tre categorie; la forte forza nucleare , la debole forza nucleare e l' elettromagnetismo . Le particelle rientrano in due classi: bosoni o ferimoni.
I fermioni comprendono il protone e il neutrone familiari (entrambi composti da quark, neutrini e gluoni) e l'elettrone, che è fondamentale.
I bosoni mediano le interazioni tra fermioni.
La differenza principale tra bosoni e fermioni è che i bosoni possono condividere lo stesso stato quantico, mentre i fermioni non possono. Il modello standard viene utilizzato abitualmente per prevedere gli esiti delle interazioni tra particelle con molte figure significative di accuratezza. Non è del tutto completo, ma è la migliore teoria in circolazione sin dal suo inizio tra il 1970 e il 1973.
I fermioni sono composti da 6 varietà di quark e 6 varietà di leptoni . Quasi tutta la materia che osserviamo intorno a noi è costituita da 2 tipi di quark, il quark "up" e il quark "down" e 1 varietà leptonica, l'elettrone. Queste tre particelle sono sufficienti per costituire tutti gli atomi nella tavola periodica e le molecole che creano quando legate tra loro. I restanti 4 quark e 5 leptoni sono versioni più massicce che altrimenti si comportano allo stesso modo dei loro cugini meno massicci. Possono essere creati in esperimenti di fisica ad alta energia per periodi di frazione di secondo. Ogni leptone ha un neutrino (particella che trasporta energia di massa estremamente bassa e alta velocità) che gli corrisponde. Tutte queste particelle hanno anche versioni di antimateria, che si comportano allo stesso modo, ma si annichilano al contatto con non-antimateria, convertendo la massa di entrambe le particelle in pura energia.
I bosoni sono disponibili in 4 varietà, che mediano le tre forze fondamentali menzionate in precedenza . Il bosone più familiare è il fotone , che media l'elettromagnetismo. Questo è responsabile di tutti i fenomeni che circondano l'elettricità, il magnetismo e la luce. Altri bosoni includono i bosoni W e Z, che mediano la debole forza nucleare; e gluoni, che mediano la forte forza nucleare che lega i quark in particelle più grandi come neutroni e protoni. In questo modo il Modello standard spiega o unisce 3 delle 4 forze fondamentali in natura; la forza eccezionale è la gravità.
Il bosone di Higgs è un bosone la cui esistenza è prevista dal modello standard ma non è stata ancora osservata. Sarebbe responsabile del meccanismo attraverso il quale tutte le particelle acquisiscono massa. Un altro ipotetico bosone è il gravitone, che media le interazioni gravitazionali.
La gravità non è inclusa nel modello standard perché ci manca una descrizione teorica o indizi sperimentali dei bosoni che mediano le interazioni gravitazionali. Tuttavia, la moderna teoria delle stringhe ha introdotto possibilità intriganti per ulteriori esplorazioni in possibili modi per esporre l'ipotetico gravitone. Se un giorno avrà successo, potrebbe rivelarsi il rimpiazzo del Modello standard unendo tutte e 4 le forze fondamentali, diventando così la sfuggente "Teoria di tutto".