мини|375px|Стандардни модел елементарних честица, с баждарним и Хигсовим бозоном
Стандардни модел је теорија у физици елементарних честица која успјешно описује три од четири фундаменталне интеракције између елементарних честица од којих се састоји сва позната материја: електромагнетизам, те јаку и слабу нуклеарну интеракцију. Он обухвата велики скуп честица: кваркове, глуоне, лептоне, W-бозоне и Z-бозоне и Хигсове честице. То је квантна теорија поља усклађена с квантном механиком и теоријом релативности и до сада је потврђена предвиђањем резултата готово свих експеримената у којима делују три фундаменталне интеракције. Стандардни модел није комплетна теорија, јер не укључује гравитацију, а такође зависи и од низа експериментално добијених параметара (масе честица и константе везања/спреге) који се не могу добити из саме теорије.
Стандардни модел је развијен током друге половине 20. века, као колаборативни подухват научника широм света. Садашња формулација завршена средином 1970-тих након експериментне потврде постојања кваркова. Од тог времена, открића вршни кварк (1995), тау неутрина (2000), и недавно Хигсовог бозона (2013), су повећали кредибилност стандардног модела. Због његовог успешног објашњавања широког опсега експерименталних резултата, Стандардни модел се понекад сматра „теоријом скоро свега“. Стандардни модел не може бити теорија свега јер: у њој се гравитација не помиње, има деветнаест слободних параметара, који морају ручно да се подесе, има три идентичне генерације кваркова и лептона које су излишне. Стандардни модел се може уградити у ГУТ теорију и у теорију струна, али за сада нису доступни експериментални докази тих теорија.
Иако се верује да је стандардни модел теоретски самодостатанIn fact, there are mathematical issues regarding quantum field theories still under debate (see e.g. Landau pole), but the predictions extracted from the Standard Model by current methods applicable to current experiments are all self-consistent. For a further discussion see e.g. Chapter 25 of и да је показао огромне успехе у пружању експерименталних предвиђања, он оставља неке од феномена необјашњеним и не представља комплетну теорију фундаменталних интеракција. Он у потпуности не објашњава барионску асиметрију, инкорпорира целокупну теорију гравитацијеSean Carroll, Ph.D., Caltech, 2007, The Teaching Company, Dark Matter, Dark Energy: The Dark Side of the Universe, Guidebook Part 2 page 59, Accessed Oct. 7, 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..." као што је описана општом релативношћу, нити објашњава убрзавајуће ширење свемира као што се може описати помоћу тамне енергије. Модел не садржи било какву одрживу честицу тамне материје која поседује сва од неопходних својстава изведених из космолошких опажања. Он исто тако не инкорпорира неутринске осцилације и њихове масе које су различите од нуле.
Историја Стандардни модел је почео да се развија током друге половине 20. века, од стране већег броја научника широм света, пре него што се дошло до његове садашње формулације средином 1970-тих.
Године 1954, научници Чен Нинг Јанг и Роберт Милс су поставили темеље за Јанг-Милс теорију, проширивши концепт гејџ теорије за абелове групе (заправо, квантна електродинамика), на неабелове групе, чиме су дали објашњење за рад јаке интеракције. Током 1960-тих, било је још покушаја комбиновања и проналажења бољих објашњења за механизме радова елементарних интеракција. Године 1961, амерички физичар Шелдон Глашоу је успео да обједини електромагнетну и слабу интеракцију у једну, добивши модел електрослабе интеракције. Шест година касније, физичари Стивен Вајнберг и Абдус Салам су објединили Хигсов механизам, развијен неколико година раније, у Глашовов модел електрослабе интеракције, чиме је настала данашња форма тог модела. Ово је било од великог значаја, јер је Хигсов механизам преко спонтаног рушења симетрије успео да објасни стварање маса код свих честица Стандардног модела, односно био одговоран за стварање маса честицама у гејџ (баждарним) теоријама, а тиме и за W и Z бозоне.
Осим тога, 1964. године су Гел-Ман и Цвајг независно предложили модел кваркова. Њихова хипозеза се базирала на томе да су хадрони састављени од три кварка и антикваркова, чиме је омогућено разумевање њихових квантних бројева и спектара маса у контексту одговарајуће SU(3) симетрије флејвора. Ипак, тада је још увек постојала недоумица да ли су овакви кваркови били само математички ентитети или стварне физичке честице.
У периоду након тога, Хофт и Велтман су доказали да су неабеловске гејџ теорије ренормализабилне, а Грос, Вилчек и Полицер су открили асимптотску слободу. Захваљујући свему овоме, 1973. године је суштински формулисан стандардни модел теорије честица.
Након открића неутралних слабих струја изазваних од стране Z бозона у ЦЕРН-у 1973. године, електрослаба теорија је постала нашироко прихваћена и Глашов, Салам и Вајнберг су за то добили Нобелову награду за физику 1979. године.
Преглед Стандардни модел теорије честица је представљен преко три гејџ теорије поља, а то су SU(3) x SU(2) x U(1). Овај модел има неколико кључних карактеристика, а неке од њих су следеће:
Симетрије у овој теорији, као и теорији честица уопште, играју централне улоге и деле се на глобалне и локалне симетрије Како се ради о теорији елементарних честица, он обједињује релативистичку и квантну механику, те је тиме базиран на квантној теорији поља Уводи "трчеће спреге" (running couplings) независних од скала, путем регуларизације дивергентних квантних корекција и ренормализационе процедуре Електромагнента, слаба и јака интеракција су објашњене користећи локалне симетрије и описане од стране абелових и неабеловских гејџ теорија Масе свих честица су генерисане путем два механизма: конфајнмента и спонтаног рушења симетрије
Стандардни модел веома добро категоризује готово све до сада откривене елементарне честице и све елементарне интеракције сем гравитационе, у један јединствени модел, чиме су усаглашене све теорије које га чине.
Категоризација честица мини|380x380пиксел|Графички приказ честица стандардног модела и њихових интеракција Елементарне честице се према стандардном моделу могу поделити на фермионе и бозоне.
Фермиони Фермиони су честице које подлежу Ферми-Дираковој статистици и имају половичан спин (1/2, 3/2 и слично). Као последица Паулијевог принципа искључења, фермиони могу да заузимају само једно одређено квантно стање у неком времену, те се најчешће фермиони везују за појам материје.
Стандардни модел препознаје 24 различита фермиона, који се могу груписати у два типа. То су кваркови и лептони.
Кваркови се даље деле на шест врста, односно флејвора или укуса, (up, down, strange, charm, top, bottom), а исто важи и за лептоне (електрон, електрон-неутрино, мион, мион-неутрино, тау, тау-неутрино). Свака од ових врста има одговарајућу античестицу (има исту масу и спин, као њен одговарајући тип, али супротне магнетне моменте и наелектрисања). Надаље, парови одговарајућих типова формирају по три генерације честица (погледати слику са почетка чланка).
Са друге стране, математички гледано, суштински постоје три типова фермиона:
Вејлови фермиони (безмасеони) Диракови фермиони (имају масу) Мајорана фермиони (свака честица је самој себи античестица)
Верује се да су већина фермиона стандардног модела заправо Диракови фермиони, за које се испоставило да се могу третирати као комбинација два Вејлова фермиона.
Бозони Бозони су честице које подлежу Боз-Ајнштајновој статистици. У стандардном моделу, бозони су гејџ бозони са целобројним спином, и одговорни су за преношење елементарних сила. Они су посредници у јакој, слабој и електромагнетној интеракцији.
Гејџ бозони стандардног модела се могу поделити у више група, у зависности од интеракције за коју су заслужни. Тако постоје:
Фотони који су заслужни за електромагнетну интеракцију између електрично наелектрисаних честица и који су описани квантном електродинамиком W и Z бозони саслужни за слабу интеракцију између честица различитих флејвора (укуса), односно кваркова и лептона Осам типова глуона, заслужних за јаку интеракцију између колорно (боја) наелектрисаних честица, односно кваркова, описани квантном хромодинамиком
Додатно, постоји и масивни скаларни бозон назван хигсов бозон. Он је кључни играч у Хигсовом механизму, где се кроз спонатно рушење симетрије стварају масе за гејџове бозоне и фермионе, без икаквог нарушавања гејџ инваријансе.
Теоријски аспекти У следећем сегменту ће бити укратко описани најбитнији теоријски аспекти стандардног модела.
Уопштено Стандардном моделу математички радни оквир омогућује кватна теорија поља, која је настала као последица свођења релативистичке класичне теорије поља у квантни оквир, где се преко Лагранжијана контролише динамика и кинематика ове теорије.
Као што је речено, стандардни модел јесте гејџ теорија, али за разлику од квантне електродинамике, уместо просте абелове групе U(1), он користи неабеловску SU(3) x SU(2) x U(1) групу која представља локалну гејџ симетрију, наспрам глобалне Пионикареове симетрије која је постулирана за све релативистичке квантне теорије поља. мини|302x302пиксел|Фајманови дијаграми свих интеракција у стандардном моделу Једна од главних идеја јесте инкорпорирање свих теорија које описују елементарне интеракције природе у једну усаглашену јединствену теорију. Ово је успешно постигнуто коришћењем модела преко којих се елементарне интеракције представљене као интеракције између честица материје, фермиона, и бозона који су преносиоци тих интеракција. На основу овога, могуће је стандардни модел посматрати и кроз секторе, попут електрослабог сектора који описује електромагнетну и слабу интеракцију, и квантнохромодинамичког сектора који се, користећи квантну хромодинамику, описује јаку интеракцију. Једина интеракција која није успешно описана стандардним моделом, од четири основних интеракција, односно сила иза којих стоје, јесте гравитација.
Симетрије Централну улогу у овој теорији играју и симетрије. Као што је споменуто, постоје глобалне и локалне симетрије. Глобалне симетрије се најчешће само апроксимирају, док су локалне симетрије егзактне, и захтевају постојање гејџ поља. Како свет није у потпуности симетричан, стандардни модел се користи појавом рушењасиметрија. Појам рушења симетрије је појава у којој изразито мале флуктуације које дејствују на систем пређу неку критичну тачку после чега систем пређе у потпуно друге фазе, при чему му се симетрија наруши. Овај механизам је од великог значаја за многе ствари у стандардном моделу, попут споменутог Хигсовог механизма. Ипак, гејџ инваријатност јесте локална гејџ симетрија која је одржана у свим случајевима.
Једни од веома значајних форми рушења симетрије јесу експлицитно и спонатно рушење симетрије.
Експлицитно рушење симетрије је најпростија форма, која се остварује захваљујући не-инваријантним члановима у Лагранжијану (у квантној теорији поља се често подразумева, под овим термином, његова густина). Чак и квантизација класичне теорије поља (један од битних поступака у добијању квантног поља преко његовог одговарајућег описа у класичној механици) може довести до експлицитног рушења симетрије.
Са друге стране, спонтано рушење симетрије је веома интересантна форма због свог динамичног ефекта. За пример се могу узети пиони. Када се континуирана глобална симетрија прекине спонтано, појављују се Голдстоунови бозони који су без масе. Ако се додатно нађе и слабо експлицитно рушење симетрије, тада ови бозони добијају мале масе.
УВ дивергенције, регуларизација и ренормализација