standardna teorija čestica i sila

standardna teorija čestica i sila, kvantnomehanički teorijski opis potvrđen eksperimentalnim provjerama standardnoga modela čestica kojim su opisane elementarne čestice i njihova elektroslaba i jaka međudjelovanja. S teorijske strane opis se temelji na svojstvu renormalizabilnosti (uklonjivosti beskonačnosti koje se pojavljuju pri izračunu kvantnih petlji), a s eksperimentalne na slaganju izmjerenih vrijednosti s onima koje daju teorijska predviđanja na razini kvantnih petlji. U 1960-ima je kvantna elektrodinamika bila jedina poznata renormalizabilna baždarna teorija. Daljnji razvoj postignut je dokazom da su i baždarne teorije sa samointerakcijom (poznate kao Yang-Millsove teorije) renormalizabilne te da renormalizabilnost vrijedi i ako je baždarna simetrija spontano slomljena. Elektroslaba teorija objedinjuje elektromagnetske i jake procese na sličan način kao što Maxwellovo elektromagnetsko ujedinjenje povezuje električne i magnetske pojave. Uz elektroslabi dio, standardna teorija uključuje i opis jake sile s pomoću baždarne simetrije, tzv. SU(3) boje. Ukupno su sile standardne teorije opisane s dvanaest baždarnih bozona. (→ standardni model čestica)

Elektroslabi dio i dio jake sile dvije su odvojene sastavnice standardne teorije. Zajedničko im je da se oslanjaju na relativističku teoriju polja i na dodatni princip Yang-Millsove lokalne simetrije. Riječ je o jednom od presudnih koraka poopćavanjem već poznatih globalnih (prostorno-vremensko neovisnih) internih simetrija na lokalne, zahtjevom da se u svakoj prostorno-vremenskoj točki može učiniti neovisna rotacija u određenom unutrašnjem prostoru. Najprije se početkom 1970-ih spoznalo da su elektromagnetska i slaba međudjelovanja opisana SU(2)×U(1) Yang-Millsovom teorijom, a potom da se i temeljno jako međudjelovanje kvarkova i gluona može svesti na SU(3) Yang-Millsovu teoriju boje. Utvrđena renormalizabilnost omogućuje precizne proračune koji su izloženi eksperimentalnim provjerama. Posebna je epizoda bilo svođenje jake sile na teoriju polja. Ona je zaokružena dodjeljivanjem Nobelove nagrade 2004. Davidu Jonathanu Grossu, Hughu Davidu Politzeru i Franku Anthonyju Wilczeku za otkriće asimptotske slobode u teoriji jakoga međudjelovanja. Pošto je postalo jasno da je jaka sila vezana za svijet kvarkova zatočenih unutar dimenzija čestica koje oni izgrađuju, jakost te sile mora rasti pri svakom pokušaju razdvajanja kvarkova. Eksperimentalna potvrda asimptotske slobode stavila je kvantnu kromodinamiku uz bok elektroslabe teorije i time ustanovila ukupnu teoriju baždarnoga područja, koja se temelji na umnošku grupa U(1)×SU(2)×SU(3), s malim brojem parametara (tri kontinuirane promjenljive jakosti vezanja) može se kvantitativno opisati golem broj rezultata mjerenja. Ustanovljavanje asimptotske slobode za Yang-Millsove komponente SU(2) i SU(3) u umnošku »1×2×3« otvara mogućnost susreta jakosti tzv. abelovskog i neabelovskih naboja i potiče proučavanje teorija velikog ujedinjenja. Takvo stvarno ujedinjenje naboja pokazuje mogućnost veze fizikalne realnosti i ideala matematičke elegancije. Na tom tragu izrasla su i poopćena supersimetrična ujedinjenja, gdje i čestice različitoga spina ulaze u isti multiplet.

standardna teorija čestica i sila. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 12.11.2019. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=57759>.