Fysik hinsides standardmodellen (ellers kaldet New Physics [1] ) henviser til den teoretiske udvikling , der er nødvendig for at forklare manglerne ved standardmodellen , såsom massens oprindelse , det stærke CP-problem , neutrinoscillationer , asymmetrien af stof og antistof , oprindelsen af mørkt stof og mørk energi . [2] Et andet problem ligger i det matematiske grundlag for selve standardmodellen - standardmodellen er ikke i overensstemmelse med den generelle relativitetsteori i den forstand, at en eller begge teorier falder fra hinanden i deres beskrivelser til mindre under visse betingelser (f.eks. , inden for kendte singulariteter af rum-tid , såsom Big Bang og sorte huls begivenhedshorisonter ).
Teorier, der ligger uden for standardmodellen, omfatter forskellige udvidelser af standardmodellen gennem supersymmetri [1] , såsom Minimum Supersymmetric Standard Model og Next to the Minimum Supersymmetric Standard Model , eller helt nye forklaringer, såsom streng teori , M-teori og ekstra dimensioner . Fordi disse teorier har en tendens til at være fuldstændig i overensstemmelse med aktuelle observerbare fænomener eller ikke er drevet til punktet af konkrete forudsigelser, kan spørgsmålet om, hvilken teori der er korrekt (eller i det mindste det "bedste skridt" hen imod en Theory of Everything ) kun være afgjort ved eksperiment.. Det er i øjeblikket et af de mest aktive forskningsområder inden for både teoretisk og eksperimentel fysik .
Selvom standardmodellen i øjeblikket er den mest succesrige teori inden for partikelfysik , er den ikke perfekt. [3]
Der er en række eksperimentelle naturobservationer, som Standardmodellen ikke giver en fyldestgørende forklaring på.
Nogle funktioner i standardmodellen er tilføjet på en særlig måde. De er ikke et problem i sig selv (det vil sige, at teorien fungerer godt med disse særlige træk), men de tyder på manglende forståelse. Disse særlige træk har fået teoretikere til at lede efter mere fundamentale teorier med færre parametre. Nogle af de særlige funktioner:
Supersymmetri er en hypotetisk symmetri , der forbinder bosoner og fermioner i naturen [8] . En abstrakt supersymmetri transformation forbinder de bosoniske og fermioniske kvantefelter , så de kan blive til hinanden. Billedligt kan vi sige, at transformationen af supersymmetri kan omsætte stof til interaktion (eller til stråling ) og omvendt.
Supersymmetri involverer fordobling (mindst) antallet af kendte elementarpartikler på grund af tilstedeværelsen af superpartnere. For eksempel for en foton - photino, quark - squark , higgs - higgsino , og så videre. Superpartnere skal have en spin-værdi, der er et halvt heltal forskellig fra spin-værdien for den oprindelige partikel [9] [10] .
Fra det nuværende tidspunkt er supersymmetri en fysisk hypotese, der ikke er blevet bekræftet eksperimentelt. Det er absolut fastslået, at vores verden ikke er supersymmetrisk i betydningen eksakt symmetri, da i enhver supersymmetrisk model skal fermioner og bosoner forbundet med en supersymmetrisk transformation have samme masse , ladning og andre kvantetal (med undtagelse af spin ). Dette krav er ikke opfyldt for partikler kendt i naturen. Det antages dog, at der er en energigrænse, ud over hvilken felterne er underlagt supersymmetriske transformationer, men ikke inden for grænsen. I dette tilfælde viser superpartnerpartiklerne af almindelige partikler sig at være meget lette sammenlignet med almindelige partikler [11] .
Søgen efter superpartnere af almindelige partikler er en af hovedopgaverne for moderne højenergifysik [11] . Det forventes, at Large Hadron Collider [12] vil være i stand til at opdage og undersøge supersymmetriske partikler, hvis de findes, eller så tvivl om supersymmetriske hypoteser, hvis intet findes.
Standardmodellen har tre gauge symmetrier : farver SU(3) , svag isospin SU(2) og hypercharge U(1) svarende til tre fundamentale kræfter. På grund af renormaliseringen ændres koblingskonstanterne for hver af disse symmetrier afhængigt af den energi, som de måles ved. Omkring 10 19 GeV bliver disse obligationer omtrent lige store. Dette førte til forslaget om, at over denne energi kombineres standardmodellens tre gauge-symmetrier i én gauge-symmetri med en simpel målegruppegruppe og kun én koblingskonstant. Under denne energi brydes symmetrien spontant til standardmodelsymmetrierne. [13] Populære valg for den samlende gruppe er den særlige enhedsgruppe i fem dimensioner SU(5) og den særlige ortogonale gruppe i ti dimensioner SO(10) . [fjorten]
Teorier, der forener standardmodellens symmetrier på denne måde, kaldes Grand Unification Theories ( GUT'er ), og skalaen af energier, hvor den forenede symmetri er brudt, kaldes GUT-skalaen. Generelt forudsiger Grand Unified Theories skabelsen af magnetiske monopoler i det tidlige univers [15] og protonens ustabilitet . [16] Disse forudsigelser, på trods af intensiv søgning, bekræftes ikke eksperimentelt, og dette pålægger begrænsninger for mulige GUT'er.
Kvantetyngdekraften er en forskningslinje inden for teoretisk fysik , hvis formål er en kvantebeskrivelse af tyngdekraftens vekselvirkning (og, hvis det lykkes, foreningen af tyngdekraften med de tre andre fundamentale vekselvirkninger på denne måde , dvs. konstruktionen af såkaldt " teori om alting ").
| Fysik ud over standardmodellen | |
|---|---|
| Beviser | |
| teorier | |
| supersymmetri | |
| kvantetyngdekraften | |
| Eksperimenter | |