แบบจำลองมาตรฐาน

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
แบบจำลองมาตรฐานของอนุภาคมูลฐาน ที่มีรุ่นตระกูลของสสารสามรุ่นโดยมี เกจโบซอน อยู่ในแถวที่สี่ และฮิกส์โบซอนอยู่ในแถวที่ห้า

แบบจำลองมาตรฐาน (อังกฤษ: Standard Model) ของ ฟิสิกส์ของอนุภาค เป็นทฤษฎีหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ของนิวเคลียสที่เป็นแบบแม่เหล็กไฟฟ้า, ที่อ่อนแอ, และที่แข็งแกร่ง เช่นเดียวกับการแยกประเภทของอนุภาคย่อยของอะตอมที่เรารู้จักแล้วทั้งหมด มันถูกพัฒนาขึ้นในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 ในฐานะที่เป็นความพยายามในความร่วมมือของนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก[1] รูปแบบปัจจุบันได้รับการสรุปขั้นตอนสุดท้ายในช่วงกลางของทศวรรษที่ 1970 ภายใต้การยืนยันด้วยการทดลองของการดำรงอยุ่ของควาร์ก ตั้งแต่นั้นมา การค้นพบทอปควาร์ก (1995), เทานิวทริโน (2000), และเร็ว ๆ นี้ ฮิกส์โบซอน (2012), ได้เพิ่มเครดิตให้กับแบบจำลองพื้นฐาน เนื่องจากความสำเร็จของมันในการอธิบายความหลากหลายอย่างกว้างขวางของผลลัพธ์จากการทดลอง แบบจำลองพื้นฐานบางครั้งถูกพิจารณาว่าเป็น "ทฤษฏีของเกือบทุกสิ่ง"

แม้ว่าแบบจำลองมาตรฐานจะถูกเชื่อว่าจะเป็นความสม่ำเสมอในทางทฤษฎีด้วยตัวมันเองก็ตาม[2] และได้แสดงให้เห็นถึงความสำเร็จอย่างใหญ่หลวงและต่อเนื่องในการให้การคาดการณ์จากการทดลองที่ดี มันทิ้งปรากฏการณ์ที่อธิบายไม่ได้บางอย่างไว้ให้และมันให้ผลงานต่ำกว่าที่ประมาณการไว้ของการเป็นทฤษฎีที่สมบูรณ์แบบของการปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน มันไม่ได้รวบรวมทฤษฎีที่สมบูรณ์ของแรงโน้มถ่วง[3] ตามที่ถูกอธิบายไว้โดย'ความสัมพันธ์ทั่วไป' หรือมีส่วนรับผิดชอบในการขยายตัวแบบเร่งของจักรวาล (ตามที่อาจได้อธิบายไว้โดยพลังงานมืด) แบบจำลองไม่ได้ประกอบด้วยอนุภาคสสารมืดที่ใช้การได้ใด ๆ ที่ครอบครองทั้งหมดของคุณสมบัติที่ต้องการที่ได้ข้อสรุปมาจากจักรวาลที่สังเกตการณ์ มันก็ไม่ได้รวบรวมการสั่นของนิวตริโน (อังกฤษ: neutrino oscillation) (และมวลที่ไม่เป็นศูนย์ของพวกมัน) อีกด้วย

พัฒนาการของแบบจำลองมาตรฐานถูกผลักดันโดยนักฟิสิกส์อนุภาคที่ทำงานในทางทฤษฎีและการทดลองเหมือนกัน สำหรับนักทฤษฎีทั้งหลาย แบบจำลองมาตรฐานเป็นกระบวนทัศน์หนึ่งของ'ทฤษฎีสนามควอนตัม' ที่แสดงความหลากหลายของทฤษฎีฟิสิกส์ที่รวมถึง'การทำลายทางสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง', ความผิดปกติด้านฟิสิกส์, พฤติกรรมที่ไม่รบกวน ฯลฯ มันถูกใช้เป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างแบบจำลองที่แปลกใหม่มากขึ้นที่จะรวบรวม'อนุภาคสมมุติ', พวกที่มีขนาดเกินพิเศษ, และพวกสมมาตรซับซ้อน (เช่นซูเปอร์สมมาตร) ในความพยายามหนึ่งที่จะอธิบายผลลัพธ์จากการทดลองที่แตกต่างกับแบบจำลองมาตรฐานเช่นการดำรงอยู่ของสสารมืดและการสั่นของนิวตริโน

ภาพรวม[แก้]

ในปัจจุบัน สสารและพลังงานจะเข้าใจดีที่สุดในแง่ของพลศาสตร์การเคลื่อนไหวและปฏิสัมพันธ์พื้นฐานของอนุภาคมูลฐาน ณ วันนี้ ฟิสิกส์ได้ลดกฎทางวิทยาศาสตร์ที่ควบคุมพฤติกรรมและปฏิสัมพันธ์ของทุกรูปแบบของสสารและพลังงานที่รู้จักกันแล้ว ให้เป็นชุดเล็ก ๆ ของทฤษฎีและกฎพื้นฐาน เป้าหมายหลักของฟิสิกส์ก็คือการหา "จุดร่วม" ที่จะรวบรวมทั้งหมดของทฤษฎีเหล่านี้เข้าด้วยกันให้เป็น'ทฤษฎีของทุกสิ่ง'แบบบูรณาการเพียงหนึ่งเดียว ซึ่งในทฤษฎีนี้ทั้งหมดของกฏอื่นที่รู้จักแล้วจะเป็นกรณีพิเศษ และจากกรณีพิเศษเหล่านี้พฤติกรรมของทุกสสารและพลังงานก็จะสามารถถูกค้นพบได้ (อย่างน้อยก็ในหลักการ)[4]

เนื้อหาของอนุภาค[แก้]

แบบจำลองมาตรฐานจะรวมถึงสมาชิกทั้งหลายของชั้นต่าง ๆ ของอนุภาคมูลฐาน (เฟอร์มิออน, เกจโบซอน, และฮิกส์โบซอน) ซึ่งจะสามารถแยกแยะความแตกต่างตามลักษณะสมบัติอื่น ๆ เช่นประจุสี

เฟอร์มิออน[แก้]

บทสรุปของปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคด้วยกันที่อธิบายโดยแบบจำลองมาตรฐาน

แบบจำลองมาตรฐานประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน 61 ชนิด ดังนี้[5]

อนุภาคมูลฐาน
จำนวนชนิด จำนวนรุ่นตระกูล ปฏิยานุภาค ประจุสี จำนวนรวม
ควาร์ก 2 3 คู่ 3 36
เลปตอน 2 3 คู่ ไม่มี 12
กลูออน 1 1 เดี่ยว 8 8
W โบซอน 1 1 คู่ ไม่มี 2
Z โบซอน 1 1 เดี่ยว ไม่มี 1
โฟตอน 1 1 เดี่ยว ไม่มี 1
ฮิกส์โบซอน 1 1 เดี่ยว ไม่มี 1
รวม 61

แรงพื้นฐาน[แก้]

บทความหลัก: อันตรกิริยาพื้นฐาน

[icon] ส่วนนี้ต้องขยาย (ตุลาคม 2015)

แบบจำลองมาตรฐานใช้จำแนกแรงพิ้นฐานในธรรมชาติทั้งสี่ ในแบบจำลองมาตรฐาน แรงไดัรับการอธิบายว่าเป็นการแลกเปลี่ยนอย่างหนึ่งของพวกโบซอนระหว่างวัตถุที่ได้รับผลกระทบ เช่นโฟตอนสำหรับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและกลูออนสำหรับปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง อนุภาคเหล่านั้นจะถูกเรียกว่าพาหะแรง (อังกฤษ: force carrier)[6]

แรงพื้นฐานของธรรมชาติสี่อย่าง[7]
คุณสมบัติ/ปฏิสัมพันธ์ โน้มถ่วง อ่อนแอ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แข็งแรง
(electroweak) พื้นฐาน สิ่งที่เหลือ
กระทำต่อ: มวล - พลังงาน สายพันธ์ ประจุไฟฟ้า ประจุสี นิวเคลียส
อนุภาคที่ต้องประสพ: ทั้งหมด ควาร์ก, เลปตัน ประจุด้วยไฟฟ้า ควาร์ก, กลูออน แฮดรอน
อนุภาคที่เชื่อมโยง: แกรวิตอน
(ยังไม่พบ)
W+ W Z0 γ กลูออน มีซอน
ความแข็งแรงในมาตรวัดของควาร์ก: 10−41 10−4 1 60 ใช้ไม่ได้
กับควาร์ก
ความแข็งแรงในมาตรวัดของ
โปรตอน/นิวตรอน:
10−36 10−7 1 ใช้ไม่ได้
กับแฮดรอน
20

อ้างอิง[แก้]

  1. R. Oerter (2006). The Theory of Almost Everything: The Standard Model, the Unsung Triumph of Modern Physics (Kindle ed.). Penguin Group. p. 2. ISBN 0-13-236678-9. 
  2. ในความเป็นจริง ยังมีประเด็นด้านคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับทฤษฏีสนามควอนตัมที่ยังคงอยู่ระหว่างการอภิปราย (ดู Landau pole), แต่การคาดการณ์ที่สกัดจากแบบจำลองมาตรฐานโดยวิธีการขณะนี้จะนำไปใช้กับการทดลองในขณะนี้จะเป็นสม่ำเสมอด้วยตัวเองทั้งหมด สำหรับการหารือต่อไป ดู บทที่ 25 ของ R. Mann (2010). An Introduction to Particle Physics and the Standard Model. CRC Press. ISBN 978-1-4200-8298-2. 
  3. Sean Carroll, Ph.D., Cal Tech, 2007, The Teaching Company, Dark Matter, Dark Energy: The Dark Side of the Universe, Guidebook Part 2 page 59, Accessed Oct. 7, 2013, "...แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาค: ทฤษฎีสมัยใหม่ของอนุภาคมูลฐานและปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน... มันไม่ได้, พูดอย่างเข้มงวด, รวมถึงแรงโน้มถ่วง, ถึงแม้ว่ามันมักจะสะดวกที่จะรวมแกรวิตอนเข้าไปในกลุ่มของอนุภาคของธรรมชาติที่รู้จักแล้ว..."
  4. "รายละเอียดสามารถหาออกมาได้ถ้าสถานะการณ์จะง่ายพอสำหรับเราที่จะทำการประมาณการ, ซึ่งแทบจะไม่มีทางเป็นไปได้, แต่บ่อยครั้งเราสามารถเข้าใจได้ไม่มากก็น้อยว่ามันเกิดอะไรขึ้น" จาก The Feynman Lectures on Physics, Vol 1. pp. 2–7
  5. S. Braibant, G. Giacomelli, M. Spurio (2009). Particles and Fundamental Interactions: An Introduction to Particle Physics. Springer. p. 313-314. ISBN 978-94-007-2463-1. 
  6. http://home.web.cern.ch/about/physics/standard-model Official CERN website
  7. http://www.pha.jhu.edu/~dfehling/particle.gif

แหล่งข้อมูลอื่น[แก้]

สำหรับผู้อ่านทั่วไป[แก้]

  • Oerter, Robert (2006) The Theory of Almost Everything: The Standard Model, the Unsung Triumph of Modern Physics. Plume.
  • Schumm, Bruce A. (2004) Deep Down Things: The Breathtaking Beauty of Particle Physics. Johns Hopkins Univ. Press. ISBN 0-8018-7971-X.
  • Victor Stenger (2000) Timeless Reality. Prometheus Books. Chpts. 9-12.
  • explain it in 60 seconds

ตำราพื้นฐาน[แก้]

  • W. Greiner and B. Müller, with a foreword by D.A. Bromley. (2000). Gauge Theory of Weak Interactions. Springer. ISBN 3-540-67672-4. 
  • Coughlan, G. D., J. E. Dodd, and B. M. Gripaios (2006) The Ideas of Particle Physics: An Introduction for Scientists, 3rd ed. Cambridge Univ. Press. An undergraduate text for those not majoring in physics.
  • Griffiths, David J. (1987). Introduction to Elementary Particles. Wiley, John & Sons, Inc. ISBN 0-471-60386-4. 
  • Kane, Gordon L. (1987). Modern Elementary Particle Physics. Perseus Books. ISBN 0-201-11749-5. 

ตำราขั้นสูง[แก้]

  • Cheng, Ta Pei; Li, Ling Fong (2006). Gauge theory of elementary particle physics. Oxford University Press. ISBN 0-19-851961-3.  Highlights gauge theory aspects of the Standard Model.
  • Donoghue, J. F.; Golowich, E.; Holstein, B. R. (1994). Dynamics of the Standard Model. Cambridge University Press. ISBN 978-0521476522.  Highlights dynamical and phenomenological aspects of the Standard Model.
  • O'Raifeartaigh, L. (1988). Group structure of gauge theories. Cambridge University Press. ISBN 0-521-34785-8.  Highlights group-theoretical aspects of the Standard Model.