Model Piawai

Daripada Wikipedia, ensiklopedia bebas.
Pergi ke navigasi Pergi ke carian

Model Piawai fizik zarah merupakan sebuah teori bagi tiga daripada empat interaksi asas (daya elektromagnet, lemah, dan kuat, tidak termasuk graviti) yang diketahui, dan juga mengklasifikasikan kesemua zarah asas yang diketahui. Ia dikembangkan secara berperingkat sepanjang akhir kurun ke-20, menerusi usaha ramai saintis di serata dunia,[1] di mana rumusan terkini dimuktamadkan pada pertengahan 1970-an dengan pengesahan eksperimen bagi kewujudan kuark. Kemudiannya, pengesahan bagi kewujudan kuark atas (1995), neutrino tau (2000), dan boson Higgs (2012), telah mengukuhkan lagi Model Piawai. Selain itu, Model Piawai juga telah meramalkan ciri-ciri arus neutral lemah dan boson W dan Z secara amat jitu sekali.

Walaupun Model Piawai dipercayai swakonsisten secara teorinya[2] dan memaparkan kejayaan yang amat gah dalam membuat ramalan-ramalan eksperimen, namun ia tidak menerangkan beberapa fenomena dan tidak cukup untuk diangkat sebagai teori lengkap interaksi asas. Ia tidak selengkapnya menerangkan asimetri baryon, meliputi teori graviti lengkap[3] seperti yang didapati pada kerelatifan am, atau mengambil kira pecutan pengembangan alam semesta seperti yang mungkin digambarkan oleh tenaga gelap. Model Piawai tidak mengandungi sebarang zarah jirim gelap yang berdaya maju dan memiliki kesemua ciri-ciri perlu seperti yang dilihat daripada kosmologi cerapan. Ia juga tidak meliputi ayunan neutrino dan jisim bukan sifar mereka.

Ahli-ahli fizik zarah teori dan eksperimen kedua-duanya menyumbang kepada perkembangan Model Piawai. Bagi ahli teori, Model Piawai merupakan paradigma bagi sebuah teori medan kuantum, yang memaparkan sejumlah besar fenomena termasuk pecahan simetri spontan, anomali, dan kelakuan bukan-perturbative. Ia dijadikan asas bagi membina model-model lebih eksotik yang mengandungi zarah hipotesis, dimensi tambahan, dan simetri rumit (seperti supersimetri) dalam usaha untuk menjelaskan dapatan eskperimen yang bercanggah dengan Model Piawai, seperti kewujudan jirim gelap dan ayunan neutrino.

Sejarah[sunting | sunting sumber]

Pada 1954, Chen Ning Yang dan Robert Mills mengembangkan konsep teori tolok bagi kumpulan abelan, seperti elektrodinamik kuantum, kepada kumpulan bukan abelan untuk menjelaskan interaksi kuat.[4] Pada 1957, Chien-Shiung Wu menunjukkan bahawa pariti tidak terabadi dalam interaksi lemah.[5] Pada 1961, Sheldon Glashow menggabungkan interaksi elektromagnet dan lemah.[6] Pada 1967, Steven Weinberg[7] dan Abdus Salam[8] menerapkan mekanisme Higgs[9][10][11] ke dalam interaksi elektrolemah Glashow, menghasilkan bentuk modennya.

Mekanisme Higgs dipercayai menjana jisim bagi kesemua zarah asas dalam Model Piawai. Ini termasuklah jisim boson W dan Z, serta jisim fermion, iaitu kuark dan lepton.

Setelah arus lemah neutral yang dihasilkan oleh pertukaran boson Z ditemui di CERN pada 1973,[12][13][14][15] teori elektrolemah diterima umum dan Glashow, Salam, dan Weinberg berkongsi Hadiah Nobel Fizik 1979 atas penemuannya. Boson W± and Z0 ditemui dalam eksperimen pada 1983; dan nisbah jisim mereka sama seperti ramalan Model Piawai.[16]

Teori interaksi kuat (iaitu kromodinamik kuantum, QCD), yang disumbang ramai, mencapai bentuk modennya pada 1973–74 apabila kebebasan asimptot diutarakan[17][18] (sebuah perkembangan yang menjadikan QCD tumpuan utama kajian teori)[19] dan eksperimen mengesahkan bahawa hadron terdiri daripada kuark bercas pecahan.[20][21]

Istilah "Standard Model" (Bahasa Melayu: Model Piawai) diperkenalkan oleh Abraham Pais dan Sam Treiman pada 1975,[22] yang pada ketika itu merangkumi teori elektrolemah dengan empat kuark.[23]

Rujukan[sunting | sunting sumber]

  1. ^ R. Oerter (2006). The Theory of Almost Everything: The Standard Model, the Unsung Triumph of Modern Physics (ed. Kindle). Penguin Group. m/s. 2. ISBN 978-0-13-236678-6.
  2. ^ Hakikatnya, ada permasalahan matematik berkaitan teori-teori medan kuantum yang masih dibincangkan lagi (lihat e.g. kutub Landau), namun ramalan yang didapati daripada Model Piawai dengan kaedah-kaedah kini yang boleh digunapakai bagi eksperimen-eksperimen kini adalah semuanya swakonsisten. Untuk lebih mendalam, rujuk e.g. Bab 25 dalam R. Mann (2010). An Introduction to Particle Physics and the Standard Model. CRC Press. ISBN 978-1-4200-8298-2.
  3. ^ Sean Carroll, PhD, Caltech, 2007, The Teaching Company, Dark Matter, Dark Energy: The Dark Side of the Universe, Buku Panduan Bahagian 2 halaman 59, Capaian 7 Oct. 2013, "...Standard Model of Particle Physics: The modern theory of elementary particles and their interactions ... It does not, strictly speaking, include gravity, although it's often convenient to include gravitons among the known particles of nature..." [terjemahan: Model Piawai Fizik Zarah: Teori moden zarah-zarah keunsuran dan interaksi mereka ... Pada hakikatnya ia tidak merangkumi graviti, walaupun secara lazimnya berguna untuk menyertakan graviton di antara zarah-zarah alam yang diketahui...]
  4. ^ Yang, C. N.; Mills, R. (1954). "Conservation of Isotopic Spin and Isotopic Gauge Invariance". Physical Review. 96 (1): 191–195. Bibcode:1954PhRv...96..191Y. doi:10.1103/PhysRev.96.191.
  5. ^ Cho, Adrian (5 Februari 2021). "Postage stamp to honor female physicist who many say should have won the Nobel Prize".
  6. ^ S.L. Glashow (1961). "Partial-symmetries of weak interactions". Nuclear Physics. 22 (4): 579–588. Bibcode:1961NucPh..22..579G. doi:10.1016/0029-5582(61)90469-2.
  7. ^ S. Weinberg (1967). "A Model of Leptons". Physical Review Letters. 19 (21): 1264–1266. Bibcode:1967PhRvL..19.1264W. doi:10.1103/PhysRevLett.19.1264.
  8. ^ A. Salam (1968). N. Svartholm. ed. Eighth Nobel Symposium. Stockholm: Almquvist and Wiksell. m/s. 367.
  9. ^ F. Englert; R. Brout (1964). "Broken Symmetry and the Mass of Gauge Vector Mesons". Physical Review Letters. 13 (9): 321–323. Bibcode:1964PhRvL..13..321E. doi:10.1103/PhysRevLett.13.321.
  10. ^ P.W. Higgs (1964). "Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons". Physical Review Letters. 13 (16): 508–509. Bibcode:1964PhRvL..13..508H. doi:10.1103/PhysRevLett.13.508.
  11. ^ G.S. Guralnik; C.R. Hagen; T.W.B. Kibble (1964). "Global Conservation Laws and Massless Particles". Physical Review Letters. 13 (20): 585–587. Bibcode:1964PhRvL..13..585G. doi:10.1103/PhysRevLett.13.585.
  12. ^ F.J. Hasert; dll. (1973). "Search for elastic muon-neutrino electron scattering". Physics Letters B. 46 (1): 121. Bibcode:1973PhLB...46..121H. doi:10.1016/0370-2693(73)90494-2.
  13. ^ F.J. Hasert; dll. (1973). "Observation of neutrino-like interactions without muon or electron in the Gargamelle neutrino experiment". Physics Letters B. 46 (1): 138. Bibcode:1973PhLB...46..138H. doi:10.1016/0370-2693(73)90499-1.
  14. ^ F.J. Hasert; dll. (1974). "Observation of neutrino-like interactions without muon or electron in the Gargamelle neutrino experiment". Nuclear Physics B. 73 (1): 1. Bibcode:1974NuPhB..73....1H. doi:10.1016/0550-3213(74)90038-8.
  15. ^ D. Haidt (4 Oktober 2004). "The discovery of the weak neutral currents". CERN Courier. Dicapai pada 8 Mei 2008.
  16. ^ Gaillard, Mary K.; Grannis, Paul D.; Sciulli, Frank J. (January 1999). "The Standard Model of Particle Physics". Reviews of Modern Physics. 71 (2): S96–S111. arXiv:hep-ph/9812285. Bibcode:1999RvMPS..71...96G. doi:10.1103/RevModPhys.71.S96. S2CID 119012610.
  17. ^ D.J. Gross; F. Wilczek (1973). "Ultraviolet behavior of non-abelian gauge theories". Physical Review Letters. 30 (26): 1343–1346. Bibcode:1973PhRvL..30.1343G. doi:10.1103/PhysRevLett.30.1343.
  18. ^ H.D. Politzer (1973). "Reliable perturbative results for strong interactions" (PDF). Physical Review Letters. 30 (26): 1346–1349. Bibcode:1973PhRvL..30.1346P. doi:10.1103/PhysRevLett.30.1346.
  19. ^ Dean Rickles (2014). A Brief History of String Theory: From Dual Models to M-Theory. Springer, p. 11 n. 22.
  20. ^ Aubert, J.; dll. (1974). "Experimental Observation of a Heavy Particle J". Physical Review Letters. 33 (23): 1404–1406. Bibcode:1974PhRvL..33.1404A. doi:10.1103/PhysRevLett.33.1404.
  21. ^ Augustin, J.; dll. (1974). "Discovery of a Narrow Resonance in e+e Annihilation". Physical Review Letters. 33 (23): 1406–1408. Bibcode:1974PhRvL..33.1406A. doi:10.1103/PhysRevLett.33.1406.
  22. ^ Pais, A., and S. B. Treiman, (1975)."How Many Charm Quantum Numbers are There?." Physical Review Letters 35, no. 23, p. 1556.
  23. ^ Cao, Tian Yu. Conceptual developments of 20th century field theories. Cambridge University Press, 1998, p. 320.