نظرية النموذج العياري

هذا الموضوع عن النموذج العياري (توضيح). من أجل استخدامات أخرى، انظر نظرية النموذج العياري (توضيح).

تقوم نظرية النموذج العياري أوالقياسي Standard model في فيزياء الجسيمات على توصيف ثلاث قوى أساسية في الطبيعة هي : الضعيفة والقوية والكهرومغناطيسية كما تقوم بتوصيف الجسيمات الأولية التي تدخل في هجريب 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 حتى العيب والنقص الأساسي في هذه النظرية يكمن في عدم توصيفها للقوة الأساسية الرابعة وهي قوة الثنطقة . فكل جهود الفيزياء النظرية الآن تنصب على تشكيل نظرية كاملة أي أنها توصف القوى الأساسية الأربع بما فيها قوة الثنطقة، فعملية جمع النسبية العامة التي تعالج الثنطقة مع ميكانيكا الكم تعد من أبرز المعضلات التي تقابل الفيزياء الحديثة .

النموذج العياري لفيزياء الجسيمات

النموذج العياري يتضمن نوعين من الجسيمات الأولية :فرميونية وبوزونية. الفرميونات تعبير عن جسيمات سبين نصف-سليم half-integer وتخضع مبدأ باولي في الاستبعاد ، الذي ينص عاى أنه لا يمكن لفرميونين حتى يتشاركا في الحالة الكمومية ذاتها ، أي الصياغة الرياضية للحالة الكمومية التي يحتلانها .

باللقاء تملك البوزونات سبينا سليما ولاتخضع لمبدأ باولي بالاستبعاد . بكلام آخر : الفرميونات جسيمات مادية تشكل أساس المادة ، في حين حتى البوزونات هي الجسيمات التي تنقل القوى. انظر منطقة جسمات متماثلة لتفصيل أكبر حول الموضوع .

في النموذج العياري ، تندمج نظرية التآثر الإلكتروني-الضعيف electroweak interaction ((القوة الإلكترونية الضعيفة) التي تصف (التآثرات الصعيفة والكهرومغناطيسية ) مع نظرية الكروموديناميك الكمومي. جميع هذه النظريات هي نظريات غاوغية gauge theories ، إي أنها تنمذج model القوى بين الفرميونات بمزاوجتهم مع البوزونات التي تتوسط (تحمل) القوى المتبادلة بين الجسيمات المادية .

اللاگرانجية Lagrangian لكل مجموعة من البوزونات الوسيطةقد يكون لامتبايناً بالنسبة لتحويل يدعى التحويل الغاوغي gauge transformation ، لذلك فإن البوزونات الوسيطة (الحاملة للقوى) mediating bosons يشار لها بالبوزونات القياسية gauge boson .

المحتوى من الجسيمات

جسيمات المادة

All fermions in the Standard Model are spin-½, and follow the Pauli Exclusion Principle in accordance with the spin-statistics theorem.

تنظيم الفرميونات
	Generation 1		Generation 2		Generation 3
Quarks	Up	u	Charm	c	Top	t
Quarks	Down	d	Strange	s	Bottom	b
Leptons	Electron Neutrino	νe	Muon Neutrino	νμ	Tau Neutrino	ντ
Leptons	Electron	e−	Muon	μ−	Tau	τ−

الجسيمات الوسيطة بين القوى

Summary of interactions between particles described by the Standard Model.

Force Mediating Particles
Electromagnetic Force		Weak Nuclear Force		Strong Nuclear Force
Photon		W+, W−, and Z<br\> Gauge Bosons	, ,	Gluons

هيگز بوزون

اعتبارات نظرية

Construction of the Standard Model Lagrangian

Parameters of the Standard Model
الرمز	الوصف	Renormalization scheme (point)	القيمة
${\displaystyle m_{e$	Electron mass		511 keV
${\displaystyle m_{\mu$	Muon mass		106 MeV
${\displaystyle m_{\tau$	Tau lepton mass		1.78 GeV
${\displaystyle m_{u$	Up quark mass	( ${\displaystyle \mu _{\overline {\text{MS =2{\text{ GeV$ )	1.9 MeV
${\displaystyle m_{d$	Down quark mass	( ${\displaystyle \mu _{\overline {\text{MS =2{\text{ GeV$ )	4.4 MeV
${\displaystyle m_{s$	Strange quark mass	( ${\displaystyle \mu _{\overline {\text{MS =2{\text{ GeV$ )	87 MeV
${\displaystyle m_{c$	Charm quark mass	( ${\displaystyle \mu _{\overline {\text{MS =m_{c$ )	1.32 GeV
${\displaystyle m_{b$	Bottom quark mass	( ${\displaystyle \mu _{\overline {\text{MS =m_{b$ )	4.24 GeV
${\displaystyle m_{t$	Top quark mass	(on-shell scheme)	172.7 GeV
${\displaystyle \theta _{12$	CKM 12-mixing angle		0.229
${\displaystyle \theta _{23$	CKM 23-mixing angle		0.042
${\displaystyle \theta _{13$	CKM 13-mixing angle		0.004
${\displaystyle \delta$	CKM CP-Violating Phase		0.995
${\displaystyle g_{1$	U(1) gauge coupling	( ${\displaystyle \mu _{\overline {\text{MS =M_{\text{Z$ )	0.357
${\displaystyle g_{2$	SU(2) gauge coupling	( ${\displaystyle \mu _{\overline {\text{MS =M_{\text{Z$ )	0.652
${\displaystyle g_{3$	SU(3) gauge coupling	( ${\displaystyle \mu _{\overline {\text{MS =M_{\text{Z$ )	1.221
${\displaystyle \theta _{\text{QCD$	QCD Vacuum Angle		~0
${\displaystyle \mu$	Higgs quadratic coupling		Unknown
${\displaystyle \lambda$	Higgs self-coupling strength		Unknown

Symmetries of the Standard Model and Associated Conservation Laws
التناظر	Lie Group	نوع التناظر	قانون الحفاظ
Poincaré	Translations×SO(3,1)	Global symmetry	Energy, Momentum, Angular momentum
Gauge	SU(3)×SU(2)×U(1)	Local symmetry	Electric charge, Weak isospin, Color charge
Baryon phase	U(1)	Accidental Global symmetry	Baryon number
Electron phase	U(1)	Accidental Global symmetry	Electron number
Muon phase	U(1)	Accidental Global symmetry	Muon number
Tau phase	U(1)	Accidental Global symmetry	Tau-lepton number

Field content of the Standard Model
Field (1st generation)		Gauge Group Representation	Baryon Number	Electron Number
Left-handed quark	${\displaystyle Q_{\text{L$	(, , )	${\displaystyle 1/3$	${\displaystyle 0$
Right-handed up quark	${\displaystyle (u_{\text{R )^{c$	(, , )	${\displaystyle -1/3$	${\displaystyle 0$
Right-handed down quark	${\displaystyle (d_{\text{R )^{c$	(, , )	${\displaystyle -1/3$	${\displaystyle 0$
Left-handed lepton	${\displaystyle E_{\text{L$	(, , )	${\displaystyle 0$	${\displaystyle 1$
Right-handed electron	${\displaystyle (e_{\text{R )^{c$	(, , )	${\displaystyle 0$	${\displaystyle -1$
Hypercharge gauge field	${\displaystyle B_{\mu$	(, , )	${\displaystyle 0$	${\displaystyle 0$
Isospin gauge field	${\displaystyle W_{\mu$	(, , )	${\displaystyle 0$	${\displaystyle 0$
Gluon field	${\displaystyle G_{\mu$	(, , )	${\displaystyle 0$	${\displaystyle 0$
Higgs field	${\displaystyle H$	(, , )	${\displaystyle 0$	${\displaystyle 0$

قائمة فرميونات النموذج العياري

This table is based in part on data gathered by the Particle Data Group (QuarksPDF (54.8 KB)).

**Left-handed fermions in the Standard Model**
Generation 1
Fermion (left-handed)	Symbol	charge	isospin	hypercharge	charge *	Mass **
Electron	${\displaystyle e^{- \,$	${\displaystyle -1\,$	${\displaystyle -1/2\,$	${\displaystyle -1\,$	${\displaystyle {\mathbf {1 \,$	511 keV
Positron	${\displaystyle e^{+ \,$	${\displaystyle +1\,$	${\displaystyle 0\,$	${\displaystyle +2\,$	${\displaystyle {\mathbf {1 \,$	511 keV
Electron-neutrino	${\displaystyle \nu _{e \,$	${\displaystyle 0\,$	${\displaystyle +1/2\,$	${\displaystyle -1\,$	${\displaystyle {\mathbf {1 \,$	< 2 eV ****
Up quark	${\displaystyle u\,$	${\displaystyle +2/3\,$	${\displaystyle +1/2\,$	${\displaystyle +1/3\,$	${\displaystyle {\mathbf {3 \,$	~ 3 MeV ***
Up antiquark	${\displaystyle {\bar {u \,$	${\displaystyle -2/3\,$	${\displaystyle 0\,$	${\displaystyle -4/3\,$	${\displaystyle {\mathbf {\bar {3 \,$	~ 3 MeV ***
Down quark	${\displaystyle d\,$	${\displaystyle -1/3\,$	${\displaystyle -1/2\,$	${\displaystyle +1/3\,$	${\displaystyle {\mathbf {3 \,$	~ 6 MeV ***
Down antiquark	${\displaystyle {\bar {d \,$	${\displaystyle +1/3\,$	${\displaystyle 0\,$	${\displaystyle +2/3\,$	${\displaystyle {\mathbf {\bar {3 \,$	~ 6 MeV ***

Generation 2
Fermion (left-handed)	Symbol	Electric charge	Weak isospin	Weak hypercharge	Color charge *	Mass **
Muon	${\displaystyle \mu ^{- \,$	${\displaystyle -1\,$	${\displaystyle -1/2\,$	${\displaystyle -1\,$	${\displaystyle {\mathbf {1 \,$	106 MeV
Antimuon	${\displaystyle \mu ^{+ \,$	${\displaystyle +1\,$	${\displaystyle 0\,$	${\displaystyle +2\,$	${\displaystyle {\mathbf {1 \,$	106 MeV
Muon-neutrino	${\displaystyle \nu _{\mu \,$	${\displaystyle 0\,$	${\displaystyle +1/2\,$	${\displaystyle -1\,$	${\displaystyle {\mathbf {1 \,$	< 2 eV ****
Charm quark	${\displaystyle c\,$	${\displaystyle +2/3\,$	${\displaystyle +1/2\,$	${\displaystyle +1/3\,$	${\displaystyle {\mathbf {3 \,$	~ 1.337 GeV
Charm antiquark	${\displaystyle {\bar {c \,$	${\displaystyle -2/3\,$	${\displaystyle 0\,$	${\displaystyle -4/3\,$	${\displaystyle {\mathbf {\bar {3 \,$	~ 1.3 GeV
Strange quark	${\displaystyle s\,$	${\displaystyle -1/3\,$	${\displaystyle -1/2\,$	${\displaystyle +1/3\,$	${\displaystyle {\mathbf {3 \,$	~ 100 MeV
Strange antiquark	${\displaystyle {\bar {s \,$	${\displaystyle +1/3\,$	${\displaystyle 0\,$	${\displaystyle +2/3\,$	${\displaystyle {\mathbf {\bar {3 \,$	~ 100 MeV

Generation 3
Fermion (left-handed)	Symbol	Electric charge	Weak isospin	Weak hypercharge	Color charge *	Mass **
Tau lepton	${\displaystyle \tau ^{- \,$	${\displaystyle -1\,$	${\displaystyle -1/2\,$	${\displaystyle -1\,$	${\displaystyle {\mathbf {1 \,$	1.78 GeV
Anti-tau lepton	${\displaystyle \tau ^{+ \,$	${\displaystyle +1\,$	${\displaystyle 0\,$	${\displaystyle +2\,$	${\displaystyle {\mathbf {1 \,$	1.78 GeV
Tau-neutrino	${\displaystyle \nu _{\tau \,$	${\displaystyle 0\,$	${\displaystyle +1/2\,$	${\displaystyle -1\,$	${\displaystyle {\mathbf {1 \,$	< 2 eV ****
Top quark	${\displaystyle t\,$	${\displaystyle +2/3\,$	${\displaystyle +1/2\,$	${\displaystyle +1/3\,$	${\displaystyle {\mathbf {3 \,$	171 GeV
Top antiquark	${\displaystyle {\bar {t \,$	${\displaystyle -2/3\,$	${\displaystyle 0\,$	${\displaystyle -4/3\,$	${\displaystyle {\mathbf {\bar {3 \,$	171 GeV
Bottom quark	${\displaystyle b\,$	${\displaystyle -1/3\,$	${\displaystyle -1/2\,$	${\displaystyle +1/3\,$	${\displaystyle {\mathbf {3 \,$	~ 4.2 GeV
Bottom antiquark	${\displaystyle {\bar {b \,$	${\displaystyle +1/3\,$	${\displaystyle 0\,$	${\displaystyle +2/3\,$	${\displaystyle {\mathbf {\bar {3 \,$	~ 4.2 GeV
Notes: * These are not ordinary abelian charges, which can be added together, but are labels of group representations of Lie groups. Mass is really a coupling between a left-handed fermion and a right-handed fermion. For example, the mass of an electron is really a coupling between a left-handed electron and a right-handed electron, which is the antiparticle of a left-handed positron. Also neutrinos show large mixings in their mass coupling, so it's not accurate to talk about neutrino masses in the flavor basis or to suggest a left-handed electron antineutrino. *** The masses of baryons and hadrons and various cross-sections are the experimentally measured quantities. Since quarks can't be isolated because of QCD confinement, the quantity here is supposed to be the mass of the quark at the renormalization scale of the QCD scale. ****** The Standard Model assumes that neutrinos are massless. However, several contemporary experiments prove that neutrinos oscillate between their flavour states, which could not happen if all were massless. It is straightforward to extend the model to fit these data but there are many possibilities, so the mass eigenstates are still open. See Neutrino#Mass.

Log plot of masses in the Standard Model.

طالع أيضاً

The theoretical formulation of the standard model
Weak interactions, Fermi theory of beta decay and electroweak theory
Strong interactions, flavour, quark model and quantum chromodynamics
For open questions, see quark matter, CP violation and neutrino masses
Beyond the Standard Model
noncommutative standard model
BTeV
Penguin diagram

الهامش

^ Particle Data Group: Neutrino mass, mixing, and flavor change (2006v)

المصادر

Introductory textbooks

Griffiths, David J. (1987). Introduction to Elementary Particles. Wiley, John & Sons, Inc. ISBN .
D.A. Bromley (2000). Gauge Theory of Weak Interactions. Springer. ISBN .
Gordon L. Kane (1987). Modern Elementary Particle Physics. Perseus Books. ISBN .

Advanced textbooks

Cheng, Ta Pei; Li, Ling Fong. Gauge theory of elementary particle physics. Oxford University Press. ISBN .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
— introduction to all aspects of gauge theories and the Standard Model.
Donoghue, J. F.; Golowich, E.; Holstein, B. R. Dynamics of the Standard Model. Cambridge University Press. ISBN .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
— highlights dynamical and phenomenological aspects of the Standard Model.
O'Raifeartaigh, L. Group structure of gauge theories. Cambridge University Press. ISBN .
— highlights group-theoretical aspects of the Standard Model.

Journal articles

S.F. Novaes, Standard Model: An Introduction, hep-ph/0001283
D.P. Roy, Basic Constituents of Matter and their Interactions — A Progress Report, hep-ph/9912523
Y. Hayato et al., Search for Proton Decay through p → νK⁺ in a Large Water Cherenkov Detector. Phys. Rev. Lett. 83, 1529 (1999).
Ernest S. Abers and Benjamin W. Lee, Gauge theories. Physics Reports (Elsevier) C9, 1–141 (1973).

وصلات خارجية

New Scientist story: Standard Model may be found incomplete
, a lecture by Frank Wilczek
at Fermilab
PDF version of the Standard Model Lagrangian (after electroweak symmetry breaking, with no explicit Higgs boson)
PDF, PostScript, and LaTeX version of the Standard Model Lagrangian with explicit Higgs terms
The particle adventure.

[1] Particle Data Group: Neutrino mass, mixing, and flavor change (2006v)

النموذج العياري لفيزياء الجسيمات
الجسيمات الأولية في النموذج العياري
خلفية فيزياء الجسيمات نظرية الحقل الكمومي نظرية القياس كسر التناظر التلقائي آلية هيگز
أسس تآثر كهروضعيف ديناميكا لونية كمومية مصفوفة س.ك.م
تقيدات خرق تناظر الشحنة السوية القوي معضلة الهرمية تذبذب النيوترينو
فهماء رذرفورد • تومسون • تشادويك • سودارشان • ستوني • مارشاك • أندرسون • فاينمان • روبيا • گل-مان • ساكاتا • پاول • گلاشو • مير • زڤايج • إليوپولوس • مياني • كوان • نامبو • هان • تشمبرلين • كابيبو • شوارتز • پرل • Majorana • واينبرگ • لي • عبدالسلام • كوباياشي • ماسكاوا • يانگ • يوكاوا • أت هوفت • ڤلتمان • گروس • پوليتسر • ويلتشك