[FONT=arial,helvetica,sans-serif]سپيده دم فيزيك ؛ آن سوى مدل استاندارد[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]گوردون كين[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]ترجمه: نيما خسروى[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]
[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]دوره اى جديد در فيزيك ذرات، به وسيله مشاهده ذرات ابرتقارنى در برخورددهنده تواترون (Tevatron) در آزمايشگاه شتاب دهنده ملى فرمى (Fermi National Accelerator Laboratory) در باتاوياى ايلينويز آغاز خواهد شد. يك كوارك و يك پاد كوارك (قرمز و آبى) مستقيم به هم برخورد مى كنند تا دو ذره ابرتقارنى سنگين (كهربايى) روشنى شكل بگيرند. آنها به ذرات W و Z نارنجى) و دو ذره ابرتقارنى سبك تر (كهربايى تيره) تبديل مى شوند. ذرات W و Z نيز به يك الكترون، يك پادالكترون و يك ميوآن (muon) ( همه به رنگ سبز) كه قابل مشاهده هستند و همچنين يك پادنوترينوى مشاهده ناپذير (خاكسترى) تبديل مى شوند.[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]مدل استاندارد فيزيك ذرات در مرحله مهمى از تاريخچه خود قرار دارد؛ هم در اوج موفقيت و هم در مرز تحول. قرن ها بعد از آغاز تحقيق روى بخش هاى بنيادى كه زيبايى و پيچيدگى جهان را مى سازند، امروزه به نتيجه شگفت ا نگيز و ساده اى رسيده ايم ؛ فقط شش ذره: الكترون، كوارك هاى بالا و پائين، گلوئون (gluon)، فوتون و بوزون هيگز. براى توضيح همه پديده هايى كه فيزيكدانان ذرات بنيادى مى دانند اضافه كردن يازده ذره ديگر به جمع ذرات گفته شده كافى است. [به قاب سمت چپ نگاه كنيد] اينها تصوراتى شبيه تصورات يونانيان قديم نيست كه مى گفتند جهان از چهار عنصر خاك، هوا، آب و آتش تشكيل شده است. بلكه اين نتايج از پيچيده ترين نظريه رياضى در مورد طبيعت در طول تاريخ يعنى مدل استاندارد فيزيك ذرات حاصل شده است، به رغم معنى كلمه مدل، مدل اسصتاندارد يك نظريه كامل براى شرح ذرات پايه و توضيح برهم كنش آنها است. همه آنچه در دنياى ما رخ مى دهد (به جز اثرهاى گرانشى) قابل بيان با قوانين و معادلات مدل استاندارد است..[/FONT][FONT=arial,helvetica,sans-serif]
[/FONT][FONT=arial,helvetica,sans-serif]مدل استاندارد در دهه ۱۹۷۰ فرمول بندى شد و در اوايل دهه ۱۹۸۰ آزمايش ها به طور نسبى درست بودن آن را نشان دادند. نزديك به سه دهه آزمايش هاى دقيق و موشكافانه نظريه را آزموده اند و تائيد كرده اند كه همه پيش بينى هاى نظريه درست است. از يك سو اين موفقيت ارزشمند است زيرا تائيد مى كند (در عميق ترين سطح اش تاكنون) كه ما واقعاً چگونگى كاركرد طبيعت را درك مى كنيم. از سوى ديگر اين موفقيت دلسردكننده است. قبل از پيدايش مدل استاندارد، فيزيكدان ها براى نظريه جديد منتظر كشف ذرات جديد يا نشانه هاى جديد در مشاهدات تجربى بودند، قبل از اينكه نظريه قبلى قديمى شود. اما براى مدل استاندارد آنها سى سال منتظر ماندند تا مشاهدات نظريه را تائيد كنند.[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]گوردون كين[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]ترجمه: نيما خسروى[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]دوره اى جديد در فيزيك ذرات، به وسيله مشاهده ذرات ابرتقارنى در برخورددهنده تواترون (Tevatron) در آزمايشگاه شتاب دهنده ملى فرمى (Fermi National Accelerator Laboratory) در باتاوياى ايلينويز آغاز خواهد شد. يك كوارك و يك پاد كوارك (قرمز و آبى) مستقيم به هم برخورد مى كنند تا دو ذره ابرتقارنى سنگين (كهربايى) روشنى شكل بگيرند. آنها به ذرات W و Z نارنجى) و دو ذره ابرتقارنى سبك تر (كهربايى تيره) تبديل مى شوند. ذرات W و Z نيز به يك الكترون، يك پادالكترون و يك ميوآن (muon) ( همه به رنگ سبز) كه قابل مشاهده هستند و همچنين يك پادنوترينوى مشاهده ناپذير (خاكسترى) تبديل مى شوند.[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]مدل استاندارد فيزيك ذرات در مرحله مهمى از تاريخچه خود قرار دارد؛ هم در اوج موفقيت و هم در مرز تحول. قرن ها بعد از آغاز تحقيق روى بخش هاى بنيادى كه زيبايى و پيچيدگى جهان را مى سازند، امروزه به نتيجه شگفت ا نگيز و ساده اى رسيده ايم ؛ فقط شش ذره: الكترون، كوارك هاى بالا و پائين، گلوئون (gluon)، فوتون و بوزون هيگز. براى توضيح همه پديده هايى كه فيزيكدانان ذرات بنيادى مى دانند اضافه كردن يازده ذره ديگر به جمع ذرات گفته شده كافى است. [به قاب سمت چپ نگاه كنيد] اينها تصوراتى شبيه تصورات يونانيان قديم نيست كه مى گفتند جهان از چهار عنصر خاك، هوا، آب و آتش تشكيل شده است. بلكه اين نتايج از پيچيده ترين نظريه رياضى در مورد طبيعت در طول تاريخ يعنى مدل استاندارد فيزيك ذرات حاصل شده است، به رغم معنى كلمه مدل، مدل اسصتاندارد يك نظريه كامل براى شرح ذرات پايه و توضيح برهم كنش آنها است. همه آنچه در دنياى ما رخ مى دهد (به جز اثرهاى گرانشى) قابل بيان با قوانين و معادلات مدل استاندارد است..[/FONT][FONT=arial,helvetica,sans-serif]
[/FONT][FONT=arial,helvetica,sans-serif]مدل استاندارد در دهه ۱۹۷۰ فرمول بندى شد و در اوايل دهه ۱۹۸۰ آزمايش ها به طور نسبى درست بودن آن را نشان دادند. نزديك به سه دهه آزمايش هاى دقيق و موشكافانه نظريه را آزموده اند و تائيد كرده اند كه همه پيش بينى هاى نظريه درست است. از يك سو اين موفقيت ارزشمند است زيرا تائيد مى كند (در عميق ترين سطح اش تاكنون) كه ما واقعاً چگونگى كاركرد طبيعت را درك مى كنيم. از سوى ديگر اين موفقيت دلسردكننده است. قبل از پيدايش مدل استاندارد، فيزيكدان ها براى نظريه جديد منتظر كشف ذرات جديد يا نشانه هاى جديد در مشاهدات تجربى بودند، قبل از اينكه نظريه قبلى قديمى شود. اما براى مدل استاندارد آنها سى سال منتظر ماندند تا مشاهدات نظريه را تائيد كنند.[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]انتظارها به زودى به سر مى رسد. آزمايشاتى كه مى توانند برخوردهايى توليد كنند با انرژى هاى بالاتر از قبل يا با دقت بالاتر براى پديده هاى خاص بر لبه پيشرو مدل استاندارد قرار دارند. اين نتايج مدل استاندارد را باطل نخواهند كرد. بلكه با كشف ذرات جديد و نيروهاى توضيح داده نشده باعث پيشرفت آن خواهند شد. مهم ترين آزمايش توسط برخورد دهنده تواترون (Tevatron) كاراتر شده شتاب دهنده فرمى (FNAL) در باتاوياى ايلينويز انجام مى شود كه ارائه اطلاعات (data) را از سال ۲۰۰۱ آغاز كرده است. اين آزمايش قرار است به طور مستقيم ذرات گريزپايى كه مدل استاندارد را كامل مى كنند بوزون هيگز) و آنهايى را كه توسط نظريه هاى تكامل يافته تر پيش بينى مى شوند ابرهمزادها يا (SuperPartner هاى ذرات شناخته شده) توليد كند.
اطلاعات قابل ملاحظه اى هم از كارخانجات B مى رسد، كارخانجات B برخورددهنده هايى در كاليفرنيا و ژاپن هستند كه براى توليد كوارك هاى b يكى از يازده ذره اضافى) و پادذره آنها طراحى شده اند تا براى بررسى پديده شكست تقارن CP استفاده شوند. CP) charge- parity) تقارنى مربوط به ذرات و پادذرات است و شكست آن به اين معنى است كه پادذرات دقيقاً منعكس كننده رفتار ذرات نيستند.
مقدار شكست تقارن CP كه در آزمايشگاه ديده شده است با مدل استاندارد تطبيق دارد، اما دلايلى وجود دارد كه مقادير بيشترى شكست تقارن CP قابل توليد است. فيزيك بعد از مدل استاندارد اين مقدار شكست اضافى تقارن CP را مى تواند توليد كند.[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]
[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]فيزيكدان ها همچنين خواص دقيق الكتريكى و مغناطيسى ذرات را بررسى مى كنند. مدل استاندارد پيشگويى مى كند كه الكترون ها و كوارك ها مانند آهن رباهاى بسيار ريزى با قدرت مشخصى رفتار مى كنند و اينكه رفتار آنها در يك ميدان الكتريكى از روى بار الكتريكى آنها كاملاً مشخص مى شود. اغلب بسط هاى مدل استاندارد قدرت مغناطيسى و رفتار الكتريكى پيش بينى مى كنند كه با مدل استاندارد كمى متفاوت است. آزمايش ها جمع آورى اطلاعات را با دقت كافى آغاز كرده اند تا اين اثرهاى پيش بينى شده خيلى كوچك را ببينند.
خارج از زمين دانشمندان به دنبال پيدا كردن نوترينوهاى خورشيدى و نوترينوهاى امواج كيهانى هستند. اينها ذرات شبح گونه اى هستند كه به ندرت برهم كنش مى كنند و به تازگى جرم دار بودن آنها اثبات شده است. اين نتيجه اى بود كه توسط نظريه بسط يافته مدل استاندارد پيش بينى شده بود. دور بعدى آزمايش ها شكل نظريه اى را كه براى توصيف نوترينوهاى جرم دار مشاهده شده است، روشن خواهد كرد.
به علاوه آزمايش هايى براى مشاهده ذرات مبهم تشكيل دهنده ماده تاريك سرد جهان و بررسى چگونگى واپاشى نوترون با دقت خيلى بالا در راه است. موفقيت در هر يك از برنامه ها نشانه اى براى فيزيك بعد از مدل استاندارد است.
اين تحقيق ها فيزيك ذرات را با اطلاعات غنى راهنمايى مى كند. حدود سال ۲۰۰۷ برخورددهنده هادرونى بزرگ (LHC) وارد عمل مى شود. اين برخورددهنده ابزارى با محيط ۲۷ كيلومتر در سرن (CERN) در حال ساخت است. سرن آزمايشگاه اروپايى براى فيزيك ذرات نزديك به جنوا است. كامل كننده نتايج LHC كه يك برخورددهنده پوزيترون- الكترون خطى ۳۰ كيلومترى است هم مراحل طراحى را پشت سر مى گذارد.
با توجه به اشارات ديده شده براى فيزيك فراتر از مدل استاندارد خبرهايى به گوش مى رسد مبنى بر اينكه مدل استاندارد غلط است و بايد خود را براى دور ريختن اش آماده كنيم، اما اين روش درستى نيست.
مثال معادلات ماكسون را در نظر بگيريد. اين معادلات اواخر قرن نوزدهم براى توضيح نيروى الكترومغناطيس نوشته شدند. در اوايل قرن بيستم فهميديم كه براى اندازه هاى اتمى احتياج به نسخه كوانتومى معادلات ماكسون داريم. بعدها ديديم كه معادلات ماكسون كوانتومى جزيى از معادلات به دست آمده از مدل استاندارد هستند. به هر صورت ما نمى گوييم معادلات ماكسون غلط هستند، آنها گسترش يافته اند. (هنوز هم از آنها براى فناورى هاى الكترونيكى بى شمارى استفاده مى شود.)[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]
[/FONT][FONT=arial,helvetica,sans-serif]• بناى پايدار
به طور مشابه مدل استاندارد نيز ماندگار است. اين مدل يك نظريه كامل رياضياتى است، يك بناى پيچ درپيچ و بسيار پايدار. اين مدل مى تواند يك قسمت از يك بناى بزرگتر باشد، اما اشتباه نيست. هيچ قسمت از اين نظريه فرو نخواهد ريخت، مگر اينكه همه ساختار نظريه فرو بريزد. اگر نظريه اشتباه بود، همه آزمايش هاى موفق تصادفى بوده اند. اين نظريه براى هميشه برهم كنش هاى قوى، ضعيف و الكترومغناطيس را در دامنه انرژى خودش توضيح خواهد داد. مدل استاندارد به خوبى آزمايش شده است. اين مدل وجود بوزون هاى w و Z، گلوآن و دو كوارك سنگين تر را پيش بينى كرد (كوارك سحر (افسون) و كوارك بالا. اين ذرات پس از ارائه اين مدل پيدا شدند كه دقيقاً با مشخصات پيشگويى شده همخوانى دارد.دومين آزمايش بزرگ زاويه اختلاط (mixing) نظريه الكتروضعيف بود. اين زاويه متغيرى است كه در توصيف برهم كنش هاى ضعيف و الكترومغناطيس نقش دارد. زاويه اختلاط در هر فرآيند الكتروضعيفى بايد مقدار ثابتى داشته باشد. اگر مدل استاندارد غلط بود زاويه اختلاط بايد براى يك فرآيند يك مقدار و براى فرآيند ديگر مقدار ديگرى مى داشت.
مشاهده شده است كه اين زاويه با دقت يك درصد براى همه فرآيندها يكى است. سوم اينكه برخورددهنده بزرگ الكترون- پوزيترون (LEP) در سرن حدود بيست ميليون بوزون Z را مشاهده كرده است. همه آنها همان طور كه از مدل استاندارد انتظار مى رفت، واپاشى كردند، به طورى كه براى هر آزمايش جزئيات انرژى و جهت ذرات خروجى با پيش بينى مدل استاندارد همخوانى داشت. اين آزمايش ها، گوشه اى است از آزمون هايى كه مدل استاندارد را قوياً تائيد كردند.
مدل استاندارد در تالار افتخاراتش ۱۷ ذره و چند متغير آزاد- مقاديرى مانند جرم ذرات و قدرت برهم كنش ها- دارد اين متغيرها مى توانند هر مقدارى داشته باشند و ما فقط با آزمايش مى توانيم مقدار صحيح آنها را تعيين كنيم. گاهى منتقدان متغيرهاى زياد مدل استاندارد را با نظريه هاى قرون وسطى براى توصيف مدار سيارات استفاده مى كردند،مقايسه مى كنند. آنها تصور مى كنند مدل استاندارد قدرت پيشگويى محدودى دارد، يا اينكه محتواى دلخواهى دارد و يا اينكه مى تواند فقط با ميزان كردن چند مقدار هر چيزى را توضيح دهد.
اما عكس اين مسئله صحيح است: يك بار كه جرم ها و قدرت هاى برهم كنش در فرآيند اندازه گيرى شدند مقدار آنها براى همه آزمايش ها و براى همه نظريه مشخص شده است و ديگر هيچ تغييرى مجاز نيست. علاوه بر اين امروزه شكل دقيق همه معادلات مدل استاندارد توسط نظريه مشخص شده است. همه مقادير غير از جرم بوزون هيگز اندازه گيرى شده است. قبل از دستيابى به مدل هاى فراتر از مدل استاندارد، تنها چيزى كه مى تواند تغيير كند، دقت اطلاعات ما از مقادير با توجه به نتايج جديد است و هرچه در اين مسير بيشتر پيشرفت كنيم دستيابى به دقت هاى بيشتر ساده تر كه نمى شود، مشكل تر هم مى شود؛ براى اينكه همه اطلاعات تجربى همچنان با يكديگر سازگار باقى بمانند، مقادير اندازه گيرى شده بايد تا حد بالاترى از دقت با يكديگر همخوانى داشته باشند.شايد به نظر برسد اضافه كردن ذرات و برهم كنش هاى ديگر براى تقويت مدل استاندارد، آزادى هاى بيشترى ايجاد مى كند اما لزوماً اين طور نيست. جذاب ترين گزينه براى پيشرفت مدل استاندارد مدل استاندارد ابرتقارنى حداقل Minimal Supersymme tricSM Standard) (Model= MSSM است. ابرتقارن به هر ذره اى يك ذره ابرمتناظر (Superpartner) ابرتقارنى نسبت مى دهد. در مورد جرم اين ذرات ابرتقارنى مطالب كمى مى دانيم، اما برهم كنش هاى آنها توسط ابرتقارن مقيد شده اند. هنگامى كه جرم ها اندازه گيرى شوند، پيش بينى هاى MSSM به علت روابط رياضى ابرتقارن مقيدتر از مدل استاندارد خواهد بود.[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]
[/FONT][FONT=arial,helvetica,sans-serif]• ده معما
اگر كاركرد مدل استاندارد چنين عالى است، چرا بايد آن را بسط داد؟ يك نكته مهم در اين باره وقتى خود را نشان مى دهد كه ما به دنبال هدف قديمى وحدت نيروهاى طبيعت بگرديم. در مدل استاندارد مى توانيم نيروها را برون يابى كنيم و بپرسيم كه رفتار آنها در انرژى هاى بالاتر چگونه است. براى مثال نيروها در دماهاى بسيار بالا- درست لحظاتى بعد از انفجار بزرگ (big bang)- چگونه بوده اند؟ در انرژى هاى پايين نيروى قوى حدود ۳۰ برابر قوى تر از نيروى ضعيف و بيش از۱۰۰ برابر قوى تر از نيروى الكترومغناطيس است. وقتى برون يابى كنيم متوجه مى شويم كه قدرت اين نيروها بسيار به هم نزديك مى شود اما هيچ گاه دقيقاً برابر نيست. اگر مدل استاندارد را به MSSM بسط دهيم نيروها در انرژى خاصى كه بسيار زياد است دقيقاً يكى مى شوند. قاب صفحه را ببينيد. حتى بهتر از اين، نيروى گرانشى در انرژى هاى باز هم بالاتر به همان قدرت نيروهاى ديگر مى رسد كه نشان دهنده ارتباط بين نيروهاى مدل استاندارد و نيروى گرانشى است. چنين دستاوردهايى سرنخ هاى مهمى به دست مى دهد كه از MSSM حمايت مى كند، دلايل ديگر براى لزوم بسط مدل استاندارد از پديده هايى ناشى مى شود كه نمى توان آنها را شرح داد و يا حتى سازگار كرد، از جمله[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]
[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]مطلوب ترين نظريه براى جانشينى مدل استاندارد مدل استاندارد ابرتقارنى حداقلى است. در اين مدل، هر ذره شناخته شده يك ذره ابرهمزاد (Super Partner) دارد كه اين دو با ابرتقارن به هم مربوط مى شوند. ذرات به دو دسته تقسيم مى شوند: بوزون ها (مانند ذرات انتقال نيرو) كه همگى مى توانند در يك حالت مشابه قرار گيرند و فرميون ها (مانند كوارك ها و لپتون ها) كه نمى توانند حالت هاى مشابه داشته باشند. ذره ابرهمزاد با يك فرميون هميشه يك نورون است و برعكس.
شاهد غيرمستقيم براى ابرتقارن از برون يابى برهم كنش ها در انرژى هاى زياد پديد مى آيد. در مدل استاندارد، سه نيرو مشابه هستند اما قدرت آنها مساوى نيست. (شكل بالا) وجود ابرهمزاد برون يابى را تغيير مى دهد به صورتى كه نيروها در يك انرژى به هم مى رسند. (شكل پايين) اين نكته سرنخى است بر اينكه اگر ابرتقارن درست باشد، نيروها وحدت يافته اند.
مشاهده كننده بزرگ ذرات تواترون توسط فيزيكدان هاى آزمايشگاه فرمى بين سال هاى ۱۹۹۶ تا ۲۰۰۰ به روز شده است تا بتواند بوزون هاى هيگز و ابرتقارن را مشاهده كند.
[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]فيزيكدان ها همچنين خواص دقيق الكتريكى و مغناطيسى ذرات را بررسى مى كنند. مدل استاندارد پيشگويى مى كند كه الكترون ها و كوارك ها مانند آهن رباهاى بسيار ريزى با قدرت مشخصى رفتار مى كنند و اينكه رفتار آنها در يك ميدان الكتريكى از روى بار الكتريكى آنها كاملاً مشخص مى شود. اغلب بسط هاى مدل استاندارد قدرت مغناطيسى و رفتار الكتريكى پيش بينى مى كنند كه با مدل استاندارد كمى متفاوت است. آزمايش ها جمع آورى اطلاعات را با دقت كافى آغاز كرده اند تا اين اثرهاى پيش بينى شده خيلى كوچك را ببينند.
خارج از زمين دانشمندان به دنبال پيدا كردن نوترينوهاى خورشيدى و نوترينوهاى امواج كيهانى هستند. اينها ذرات شبح گونه اى هستند كه به ندرت برهم كنش مى كنند و به تازگى جرم دار بودن آنها اثبات شده است. اين نتيجه اى بود كه توسط نظريه بسط يافته مدل استاندارد پيش بينى شده بود. دور بعدى آزمايش ها شكل نظريه اى را كه براى توصيف نوترينوهاى جرم دار مشاهده شده است، روشن خواهد كرد.
به علاوه آزمايش هايى براى مشاهده ذرات مبهم تشكيل دهنده ماده تاريك سرد جهان و بررسى چگونگى واپاشى نوترون با دقت خيلى بالا در راه است. موفقيت در هر يك از برنامه ها نشانه اى براى فيزيك بعد از مدل استاندارد است.
اين تحقيق ها فيزيك ذرات را با اطلاعات غنى راهنمايى مى كند. حدود سال ۲۰۰۷ برخورددهنده هادرونى بزرگ (LHC) وارد عمل مى شود. اين برخورددهنده ابزارى با محيط ۲۷ كيلومتر در سرن (CERN) در حال ساخت است. سرن آزمايشگاه اروپايى براى فيزيك ذرات نزديك به جنوا است. كامل كننده نتايج LHC كه يك برخورددهنده پوزيترون- الكترون خطى ۳۰ كيلومترى است هم مراحل طراحى را پشت سر مى گذارد.
با توجه به اشارات ديده شده براى فيزيك فراتر از مدل استاندارد خبرهايى به گوش مى رسد مبنى بر اينكه مدل استاندارد غلط است و بايد خود را براى دور ريختن اش آماده كنيم، اما اين روش درستى نيست.
مثال معادلات ماكسون را در نظر بگيريد. اين معادلات اواخر قرن نوزدهم براى توضيح نيروى الكترومغناطيس نوشته شدند. در اوايل قرن بيستم فهميديم كه براى اندازه هاى اتمى احتياج به نسخه كوانتومى معادلات ماكسون داريم. بعدها ديديم كه معادلات ماكسون كوانتومى جزيى از معادلات به دست آمده از مدل استاندارد هستند. به هر صورت ما نمى گوييم معادلات ماكسون غلط هستند، آنها گسترش يافته اند. (هنوز هم از آنها براى فناورى هاى الكترونيكى بى شمارى استفاده مى شود.)[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]
[/FONT][FONT=arial,helvetica,sans-serif]• بناى پايدار
به طور مشابه مدل استاندارد نيز ماندگار است. اين مدل يك نظريه كامل رياضياتى است، يك بناى پيچ درپيچ و بسيار پايدار. اين مدل مى تواند يك قسمت از يك بناى بزرگتر باشد، اما اشتباه نيست. هيچ قسمت از اين نظريه فرو نخواهد ريخت، مگر اينكه همه ساختار نظريه فرو بريزد. اگر نظريه اشتباه بود، همه آزمايش هاى موفق تصادفى بوده اند. اين نظريه براى هميشه برهم كنش هاى قوى، ضعيف و الكترومغناطيس را در دامنه انرژى خودش توضيح خواهد داد. مدل استاندارد به خوبى آزمايش شده است. اين مدل وجود بوزون هاى w و Z، گلوآن و دو كوارك سنگين تر را پيش بينى كرد (كوارك سحر (افسون) و كوارك بالا. اين ذرات پس از ارائه اين مدل پيدا شدند كه دقيقاً با مشخصات پيشگويى شده همخوانى دارد.دومين آزمايش بزرگ زاويه اختلاط (mixing) نظريه الكتروضعيف بود. اين زاويه متغيرى است كه در توصيف برهم كنش هاى ضعيف و الكترومغناطيس نقش دارد. زاويه اختلاط در هر فرآيند الكتروضعيفى بايد مقدار ثابتى داشته باشد. اگر مدل استاندارد غلط بود زاويه اختلاط بايد براى يك فرآيند يك مقدار و براى فرآيند ديگر مقدار ديگرى مى داشت.
مشاهده شده است كه اين زاويه با دقت يك درصد براى همه فرآيندها يكى است. سوم اينكه برخورددهنده بزرگ الكترون- پوزيترون (LEP) در سرن حدود بيست ميليون بوزون Z را مشاهده كرده است. همه آنها همان طور كه از مدل استاندارد انتظار مى رفت، واپاشى كردند، به طورى كه براى هر آزمايش جزئيات انرژى و جهت ذرات خروجى با پيش بينى مدل استاندارد همخوانى داشت. اين آزمايش ها، گوشه اى است از آزمون هايى كه مدل استاندارد را قوياً تائيد كردند.
مدل استاندارد در تالار افتخاراتش ۱۷ ذره و چند متغير آزاد- مقاديرى مانند جرم ذرات و قدرت برهم كنش ها- دارد اين متغيرها مى توانند هر مقدارى داشته باشند و ما فقط با آزمايش مى توانيم مقدار صحيح آنها را تعيين كنيم. گاهى منتقدان متغيرهاى زياد مدل استاندارد را با نظريه هاى قرون وسطى براى توصيف مدار سيارات استفاده مى كردند،مقايسه مى كنند. آنها تصور مى كنند مدل استاندارد قدرت پيشگويى محدودى دارد، يا اينكه محتواى دلخواهى دارد و يا اينكه مى تواند فقط با ميزان كردن چند مقدار هر چيزى را توضيح دهد.
اما عكس اين مسئله صحيح است: يك بار كه جرم ها و قدرت هاى برهم كنش در فرآيند اندازه گيرى شدند مقدار آنها براى همه آزمايش ها و براى همه نظريه مشخص شده است و ديگر هيچ تغييرى مجاز نيست. علاوه بر اين امروزه شكل دقيق همه معادلات مدل استاندارد توسط نظريه مشخص شده است. همه مقادير غير از جرم بوزون هيگز اندازه گيرى شده است. قبل از دستيابى به مدل هاى فراتر از مدل استاندارد، تنها چيزى كه مى تواند تغيير كند، دقت اطلاعات ما از مقادير با توجه به نتايج جديد است و هرچه در اين مسير بيشتر پيشرفت كنيم دستيابى به دقت هاى بيشتر ساده تر كه نمى شود، مشكل تر هم مى شود؛ براى اينكه همه اطلاعات تجربى همچنان با يكديگر سازگار باقى بمانند، مقادير اندازه گيرى شده بايد تا حد بالاترى از دقت با يكديگر همخوانى داشته باشند.شايد به نظر برسد اضافه كردن ذرات و برهم كنش هاى ديگر براى تقويت مدل استاندارد، آزادى هاى بيشترى ايجاد مى كند اما لزوماً اين طور نيست. جذاب ترين گزينه براى پيشرفت مدل استاندارد مدل استاندارد ابرتقارنى حداقل Minimal Supersymme tricSM Standard) (Model= MSSM است. ابرتقارن به هر ذره اى يك ذره ابرمتناظر (Superpartner) ابرتقارنى نسبت مى دهد. در مورد جرم اين ذرات ابرتقارنى مطالب كمى مى دانيم، اما برهم كنش هاى آنها توسط ابرتقارن مقيد شده اند. هنگامى كه جرم ها اندازه گيرى شوند، پيش بينى هاى MSSM به علت روابط رياضى ابرتقارن مقيدتر از مدل استاندارد خواهد بود.[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]
[/FONT][FONT=arial,helvetica,sans-serif]• ده معما
اگر كاركرد مدل استاندارد چنين عالى است، چرا بايد آن را بسط داد؟ يك نكته مهم در اين باره وقتى خود را نشان مى دهد كه ما به دنبال هدف قديمى وحدت نيروهاى طبيعت بگرديم. در مدل استاندارد مى توانيم نيروها را برون يابى كنيم و بپرسيم كه رفتار آنها در انرژى هاى بالاتر چگونه است. براى مثال نيروها در دماهاى بسيار بالا- درست لحظاتى بعد از انفجار بزرگ (big bang)- چگونه بوده اند؟ در انرژى هاى پايين نيروى قوى حدود ۳۰ برابر قوى تر از نيروى ضعيف و بيش از۱۰۰ برابر قوى تر از نيروى الكترومغناطيس است. وقتى برون يابى كنيم متوجه مى شويم كه قدرت اين نيروها بسيار به هم نزديك مى شود اما هيچ گاه دقيقاً برابر نيست. اگر مدل استاندارد را به MSSM بسط دهيم نيروها در انرژى خاصى كه بسيار زياد است دقيقاً يكى مى شوند. قاب صفحه را ببينيد. حتى بهتر از اين، نيروى گرانشى در انرژى هاى باز هم بالاتر به همان قدرت نيروهاى ديگر مى رسد كه نشان دهنده ارتباط بين نيروهاى مدل استاندارد و نيروى گرانشى است. چنين دستاوردهايى سرنخ هاى مهمى به دست مى دهد كه از MSSM حمايت مى كند، دلايل ديگر براى لزوم بسط مدل استاندارد از پديده هايى ناشى مى شود كه نمى توان آنها را شرح داد و يا حتى سازگار كرد، از جمله[/FONT]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]
[FONT=arial,helvetica,sans-serif]مطلوب ترين نظريه براى جانشينى مدل استاندارد مدل استاندارد ابرتقارنى حداقلى است. در اين مدل، هر ذره شناخته شده يك ذره ابرهمزاد (Super Partner) دارد كه اين دو با ابرتقارن به هم مربوط مى شوند. ذرات به دو دسته تقسيم مى شوند: بوزون ها (مانند ذرات انتقال نيرو) كه همگى مى توانند در يك حالت مشابه قرار گيرند و فرميون ها (مانند كوارك ها و لپتون ها) كه نمى توانند حالت هاى مشابه داشته باشند. ذره ابرهمزاد با يك فرميون هميشه يك نورون است و برعكس.
شاهد غيرمستقيم براى ابرتقارن از برون يابى برهم كنش ها در انرژى هاى زياد پديد مى آيد. در مدل استاندارد، سه نيرو مشابه هستند اما قدرت آنها مساوى نيست. (شكل بالا) وجود ابرهمزاد برون يابى را تغيير مى دهد به صورتى كه نيروها در يك انرژى به هم مى رسند. (شكل پايين) اين نكته سرنخى است بر اينكه اگر ابرتقارن درست باشد، نيروها وحدت يافته اند.
مشاهده كننده بزرگ ذرات تواترون توسط فيزيكدان هاى آزمايشگاه فرمى بين سال هاى ۱۹۹۶ تا ۲۰۰۰ به روز شده است تا بتواند بوزون هاى هيگز و ابرتقارن را مشاهده كند.
[/FONT]