Apa yang Berlaku
Fizik · Fizik zarah · Model Piawai · Sejarah sains · Penerangankeadaan rekod sehingga 2 September 2026 · setiap angka dibaca daripada makalah yang menerbitkannya
Teori itu, dan bentuk apa yang ditinggalkannya
Sembilan Belas Nombor, Tiga daripada Empat Daya
Model Piawai digambarkan dengan dua cara serentak: sebagai teori yang diuji paling tepat dalam fizik, dan sebagai teori yang diketahui tidak lengkap. Kedua-duanya benar dan tidak bercanggah, kerana keduanya bercakap tentang perkara yang berbeza. Yang diuji ialah ramalan, dan ramalan yang tidak sepadan dengan ukuran ialah anomali yang boleh tertutup dari mana-mana belah. Yang tidak lengkap pula ialah kekurangan, dan kekurangan tidak mengandungi sebarang ramalan yang boleh salah. Graviti bukan sesuatu yang disalahkira oleh teori ini. Ia daya yang memang tiada di dalamnya.
Apakah Model Piawai skop, simetri dan kandungannya
Ia teori medan kuantum yang memerihalkan tiga daripada empat daya asas yang diketahui — elektromagnet, lemah dan kuat — serta mengelaskan semua zarah asas yang diketahui. Graviti dikecualikan secara jelas dan menurut binaannya. Teori ini ditakrifkan oleh simetri tolok setempat SU(3) × SU(2) × U(1), yang tiga faktornya menghasilkan tiga interaksi yang memang diperihalkannya. Kandungan jirimnya ialah dua belas fermion asas berspin setengah, dalam tiga generasi: enam kuark, yang membawa cas warna dan merasai daya kuat, dan enam lepton, yang tidak. Menulis Lagrangian paling umum yang selaras dengan simetri itu meninggalkan sembilan belas parameter yang nilainya tidak ditetapkan oleh teori. Setiap satu dimasukkan dengan tangan, daripada ukuran.
- 3 / 4daya diperihalkan. Graviti yang tertinggal
- 12fermion asas, dalam tiga generasi
- 19pemalar yang tidak dapat diterbitkan oleh teori, hanya diterima
Empat nombor itu setiap satu dibaca daripada sumber yang menerbitkannya
- 19pemalar bebas, ditetapkan hanya oleh eksperimen
- 26–27setelah jisim neutrino diambil kira
- 125.20 GeVjisim Higgs, dengan faktor skala 1.4
- 0.60 σg−2 muon, eksperimen berbanding teori
Apa yang mantap, dan sekukuh mana status dahulu, dan jenisnya diasingkan
| Status | Apa | Dalam rekod |
|---|---|---|
| Disahkan | Simetri tolok dan kandungan zarah | SU(3) × SU(2) × U(1); 12 fermion dalam tiga generasi; enam kuark dan enam lepton |
| Disahkan | Empat zarah yang diramal teori dan kemudian ditemui eksperimen | W± dan Z⁰ pada 1983, dengan nisbah jisim seperti diramal; kuark atas pada 1995; neutrino tau pada 2000; boson Higgs pada 2012 |
| Disahkan | Jisim Higgs | 125.20 ± 0.11 GeV, purata Review of Particle Physics. Faktor skalanya 1.4 menunjukkan input bercanggah melebihi ralat yang dinyatakan |
| Disahkan, tidak dapat disemak di sini | Tarikh perkembangan dari 1928 hingga 1974 | Ditarikhkan daripada karya rujukan dan bukan makalah asal, yang tidak dibaca untuk rencana ini |
| Dakwaan berpunca | Siapa menamakan teori ini | Pais dan Treiman menerbitkan istilah itu pada 1975. Weinberg kemudian menuntut keutamaan bagi satu ceramah pada 1973 di Aix-en-Provence — ingatan tentang syarahan yang tidak diterbitkan |
| Cadangan, belum dicerap | Dari mana datangnya jisim neutrino | Mekanisme jongkang-jongket yang menambah neutrino kanan berat akan memberikan jisim bersaiz betul jika fizik baharu muncul pada 10¹⁴ GeV atau ke bawah. Tiada apa-apa dicerap |
Garis Masa
Lima puluh tahun teori, empat puluh tahun pengesahan ditarikhkan seperti dalam karya rujukan
- 1928Dirac menulis persamaannya, membayangkan antijirim
- 1954Yang dan Mills meluaskan teori tolok kepada kumpulan bukan abelan
- 1957Wu menunjukkan pariti tidak terpelihara dalam interaksi lemah
- 1961Glashow menggabungkan interaksi elektromagnet dan lemah
- 1964Gell-Mann dan Zweig memperkenalkan kuark; Greenberg, secara tersirat, cas warna
- 1967Weinberg dan Salam memasukkan mekanisme Higgs ke dalam interaksi elektrolemah
- 1970Mekanisme GIM meramalkan kuark pesona
- 1971’t Hooft menunjukkan teori tolok boleh dinormalkan semula
- 1973Arus lemah neutral ditemui di CERN
- 1973–74Kebebasan asimptot dicadangkan; QCD mengambil bentuk modennya
- 1975Pais dan Treiman menerbitkan istilah Model Piawai
- 1976Perl menemui lepton tau di SLAC
- 1977Pasukan pimpinan Lederman menemui kuark bawah di Fermilab
- 1979Hadiah Nobel diberikan kepada Glashow, Salam dan Weinberg bagi teori elektrolemah
- 1983W± dan Z⁰ ditemui, dengan nisbah jisim seperti diramalkan teori
- 1995Kuark atas disahkan
- 2000Neutrino tau disahkan
- 2012Boson Higgs disahkan, melengkapkan kandungan yang diramalkan
- 2018Parameter kosmologi akhir Planck meletakkan sebahagian besar alam semesta di luar teori ini
- 2025Ramalan g−2 muon beralih, dan anomali dua puluh tahun tertutup pada 0.60 σ
Satu perkara dengan dua tarikh, dan enam tanpa tarikh apa yang tidak dapat dimuatkan oleh kronologi
Penamaan itu mempunyai dua tarikh dan tiada cara memilih antaranya daripada apa yang ada dalam rekod di sini. Pais dan Treiman mencetak istilah itu pada 1975; Weinberg kemudian berkata beliau menggunakannya pada 1973, dalam satu ceramah di Aix-en-Provence, dan memilihnya kerana rendah diri. Satu ialah penerbitan, satu lagi ingatan tentang syarahan yang tidak diterbitkan. Kedua-duanya diberi di atas dan tiada yang diutamakan.
Enam perkara lain langsung tiada entri, dan ketiadaan itulah inti rencana ini, bukan kelompongannya. Graviti, jirim gelap, tenaga gelap, ketaksimetrian jirim–antijirim, masalah CP kuat dan masalah hierarki bukan peristiwa. Tiada apa-apa berlaku pada sesuatu tarikh yang meletakkannya di luar teori; ia memang tidak pernah berada di dalamnya. Garis masa ialah alat yang salah bagi sesuatu kekurangan, dan itulah sebabnya semuanya memerlukan bahagiannya sendiri. Jisim neutrino ialah kekurangan ketujuh dan pengecualiannya: ia memang mempunyai tarikh penemuan, dan teori boleh diregangkan untuk memuatkannya — dengan kos tujuh atau lapan pemalar lagi.
- 6kekurangan tanpa tarikh, kerana tiada satu pun ialah peristiwa
- 2tarikh bagi nama teori itu, tanpa cara memilih
Hujahnya
Anomali ialah penolakan; kekurangan ialah ketiadaan mengapa keduanya tidak pernah masalah yang sama jenis
Anomali ialah beza antara nombor yang diramalkan teori dan nombor yang diukur eksperimen. Ia satu penolakan, dan penolakan mempunyai dua belah. Apabila satu tertutup, soalan yang jujur ialah belah mana yang beralih. Kadangkala ukurannya bertambah baik; kadangkala pengiraan diulang dan ramalan beralih di bawah ukuran yang langsung tidak berubah.
Kekurangan pula tiada penolakan di dalamnya. Tiada ramalan Model Piawai bagi ketumpatan jirim gelap yang boleh bercanggah dengan Planck, kerana teori ini tidak mengandungi zarah yang boleh menjadi jirim gelap. Ia bukan ramalan yang tersasar; ramalan itu memang tiada. Perbezaan itu menentukan cara membaca segala yang lain di halaman ini, dan ia yang paling kerap hilang: teori yang anomalinya terus tertutup bukanlah dengan itu teori yang hampir siap.
- 2belah bagi setiap anomali, dan mana-mana satu boleh jadi yang salah
- 0ramalan yang dibuat teori ini tentang jirim gelap
Kes yang menunjukkan perbezaannya momen magnet muon, kedua-dua belah dibaca daripada makalahnya sendiri
| Kuantiti | Nilai | Apa itu |
|---|---|---|
| Eksperimen | 1 165 920 715 ± 145 | Purata dunia, didominasi Fermilab, pada 124 ppb |
| Teori | 1 165 920 330 ± 620 | Ramalan Model Piawai, pada 530 ppb, selepas sebutan hadron diambil daripada QCD kekisi |
| Beza | 385 | Berbanding ketakpastian gabungan 637 |
| Ketegangan | 0.60 σ | Sepadan. Anomali yang bertahan dua puluh tahun telah lenyap — dan ia lenyap kerana ramalan yang beralih |
| Siapa hadnya kini | 4.3 × | Ketakpastian teori ialah 4.3 kali ganda eksperimen. Pengukuran bukan lagi belah yang mengehadkan |
Apa yang Ditambah Sumber Lain
Enam kuark, satu baris setiap satu jisim seperti diberikan Review of Particle Physics, dengan skemanya dinyatakan di bawah
| Kuark | Gen. | Cas | Jisim | Apa yang tersendiri |
|---|---|---|---|---|
| atas (u) | 1 | +2/3 | 2.16 ± 0.07 MeV | Bersama kuark bawah membentuk setiap proton dan neutron. Tidak mereput |
| bawah (d) | 1 | −1/3 | 4.70 ± 0.07 MeV | Lebih berat daripada kuark atas, sebab itu neutron bebas mereput dan proton tidak |
| pesona (c) | 2 | +2/3 | 1.2730 ± 0.0046 GeV | Diramalkan oleh mekanisme GIM pada 1970, sebelum ia ditemui |
| ganjil (s) | 2 | −1/3 | 93.5 ± 0.8 MeV | Dinamakan sempena hayat panjang zarah yang membawanya |
| atas sekali (t) | 3 | +2/3 | 172.56 ± 0.31 GeV | Zarah asas terberat yang diketahui. Mereput sebelum sempat terikat menjadi hadron |
| bawah sekali (b) | 3 | −1/3 | 4.183 ± 0.007 GeV | Kuark yang pereputannya membawa kebanyakan ujian keuniversalan lepton yang masih hidup |
Enam lepton, satu baris setiap satu tiga jisim neutrino ialah satu had, bukan tiga ukuran
| Lepton | Gen. | Cas | Jisim | Hayat purata |
|---|---|---|---|---|
| elektron (e) | 1 | −1 | 0.51099895000 ± 0.00000000015 MeV | > 6.6×10²⁸ tahun |
| neutrino elektron (ν_e) | 1 | 0 | < 0.8 eV | tiada had ditetapkan |
| muon (μ) | 2 | −1 | 105.6583755 ± 0.0000023 MeV | 2.1969811×10⁻⁶ s |
| neutrino muon (ν_μ) | 2 | 0 | < 0.8 eV | tiada had ditetapkan |
| tau (τ) | 3 | −1 | 1776.93 ± 0.09 MeV | 290.3×10⁻¹⁵ s |
| neutrino tau (ν_τ) | 3 | 0 | < 0.8 eV | tiada had ditetapkan |
Lima boson, dan satu yang tidak membawa sebarang daya Higgs ada dalam jadual ini kerana ia boson, bukan kerana ia pembawa daya
| Boson | Apa yang dibawanya | Spin | Cas | Jisim |
|---|---|---|---|---|
| foton (γ) | Keelektromagnetan, pada jarak tanpa had | 1 | 0 | < 10⁻¹⁸ eV, dan sifar dalam teori |
| gluon (g) | Interaksi kuat. Ada lapan, dan ia sendiri membawa warna | 1 | 0 | 0 |
| W± | Interaksi lemah, dan satu-satunya pembawa yang menukar satu fermion menjadi fermion lain | 1 | ±1 | 80.3692 ± 0.0133 GeV |
| Z⁰ | Interaksi lemah tanpa menukar jenis fermion itu | 1 | 0 | 91.1880 ± 0.0020 GeV |
| Higgs (H) | Tiada daya. Medannya yang memberikan jisim kepada W, Z dan fermion | 0 | 0 | 125.20 ± 0.11 GeV |
Mengapa jisim kuark bukan jenis nombor yang sama dengan jisim elektron tiga takrif berbeza muncul dalam satu lajur di atas
Jisim elektron ialah sifat zarah yang boleh diasingkan dan ditimbang, dan ia diketahui hingga sebelas digit. Kuark pula langsung tidak boleh diasingkan: pengurungan warna bermakna ia tidak pernah muncul bersendirian, jadi jisimnya bukan sesuatu yang diukur terus tetapi parameter teori, yang hanya tertakrif setelah sesuatu konvensyen ditetapkan. Lajur di atas oleh itu memuatkan tiga takrif yang berbeza. Review of Particle Physics menyatakannya: jisim kuark atas, bawah dan ganjil diberi dalam satu skema pada skala tenaga 2 GeV; jisim pesona dan bawah sekali diberi dalam skema itu pada jisimnya sendiri; dan jisim kuark atas sekali diekstrak daripada kinematik peristiwa tempat ia muncul, iaitu perkara yang lain pula.
Dua akibat yang perlu dibawa pembaca. Jisim kuark yang dipetik tanpa skemanya ialah tidak lengkap, bukan sekadar kurang jitu. Dan kuark atas sekali ialah pengecualian yang menampakkan kaedah itu: ia cukup berat untuk mereput sebelum sempat terikat dengan apa-apa, jadi ia satu-satunya kuark yang dicerap sebagai dirinya sendiri.
- 0kuark pernah dicerap terasing, kecuali sebagai hasil pereputan kuark atas sekali
- 3takrif jisim berbeza dalam satu lajur enam kuark
Tujuh perkara yang tidak dijelaskannya tiada satu pun ialah ramalan yang gagal
| Kekurangan | Apa yang tiada | Apa yang diketahui dari luar teori |
|---|---|---|
| Graviti | Daya keempat, tiada menurut binaannya | Teori medan kuantum graviti gagal sebelum skala Planck, jadi tiada teori yang boleh dipercayai bagi alam semesta terlalu awal |
| Jirim gelap | Tiada zarah dalam teori yang mempunyai sifat yang diperlukan | Kira-kira 26% alam semesta, dan 84% daripada semua jirim, diterbitkan daripada ketumpatan Planck |
| Tenaga gelap | Tiada apa-apa dalam teori yang memacu pengembangan memecut | Kira-kira 68.5% alam semesta, sebagai 1 − Ω_m daripada ukuran yang sama |
| Jisim neutrino | Teori asal menetapkannya sifar | Jumlah jisimnya di bawah 0.12 eV atas alasan kosmologi, dengan andaian ΛCDM. Untuk memuatkannya dipercayai perlu 7 atau 8 pemalar lagi |
| Jirim mengatasi antijirim | Pelanggaran CP dalam teori tidak cukup untuk menjelaskan ketakseimbangan itu | Alam semesta diperbuat daripada jirim, dan teori tidak menyatakan sebabnya |
| Masalah CP kuat | Tiada apa-apa mewajibkan interaksi kuat memelihara CP, namun ia nampaknya berbuat demikian | Momen dwikutub elektrik neutron diukur pada 0.0 ± 1.1×10⁻²⁶ e·cm — sifar, pada kejituan yang tiada penjelasannya |
| Masalah hierarki | Jisim Higgs amat sensitif kepada pembetulan kuantum | Mengekalkan skala lemah jauh di bawah skala Planck memerlukan penalaan halus yang teruk, melainkan graviti kuantum mengelakkannya |
Rupa nombor di luar teori itu diterbitkan di sini daripada ketumpatan terbitan Planck
Analisis akhir Planck memberikan ketumpatan jirim gelap Ω_c h² = 0.120 ± 0.001, ketumpatan barion Ω_b h² = 0.0224 ± 0.0001 dan pemalar Hubble 67.4 ± 0.5 km/s/Mpc. Membahagikan dua yang pertama dengan h² menjadikannya pecahan: kira-kira 26% jirim gelap dan kira-kira 5% jirim biasa, dengan tenaga gelap sebagai baki 68.5% iaitu 1 − Ω_m. Dua laluan menuju ketumpatan jirim sepadan dalam lingkungan setengah mata peratus, dan itulah yang membenarkan pecahan ini dipetik — serta sebabnya ia diberi dengan dua angka dan bukan tiga.
Sebaliknya, bahagian yang lebih menyampaikan maksudnya: jirim gelap ialah 84% daripada semua jirim yang ada. Teori yang mengelaskan semua zarah asas yang diketahui bertanggungjawab bagi enam belas yang selebihnya.
- 84%daripada semua jirim ialah jirim gelap, tanpa zarah dalam teori
- 5%ialah jirim biasa — bahagian yang memang diperihalkan teori
- 0.12 eVmenjadi had jumlah jisim neutrino, atas alasan kosmologi
Tiga had, dan apa yang sebenarnya dikekang oleh setiap satu keputusan nol ialah bukti tentang sesuatu — tetapi tidak semestinya tentang teori ini
Pereputan proton
> 2.4×10³⁴ tahun
- Dua puluh dua tahun beroperasi, dari 1996 hingga 2018, tanpa peristiwa calon dalam saluran p → e⁺π⁰
- Ini tidak menguji Model Piawai. Teori itu langsung tidak meramalkan proton mereput
- Ia mengekang teori penyatuan agung yang akan menjelaskan mengapa model ini mempunyai struktur sedemikian
Momen dwikutub neutron
0.0 ± 1.1×10⁻²⁶ e·cm
- Sifar, hingga kira-kira satu bahagian dalam 10²⁶, bagi kuantiti yang tiada apa-apa mewajibkannya kecil
- Interaksi kuat bebas melanggar CP dan nampaknya tidak berbuat demikian. Itulah masalah CP kuat
- Suatu ukuran, bukan had: angka yang dipetik di sini ialah nilai yang dilaporkan eksperimen, termasuk ketakpastiannya
g−2 muon
0.60 σ
- Yang ini memang ujian terhadap teori, dan teori itu lulus
- Ia lulus kerana ramalan dikira semula, bukan kerana ukuran berubah
- Percanggahan antara set data e⁺e⁻ yang menghasilkan anomali lama masih tidak dijelaskan, jadi ini bukan persoalan yang tertutup
Kesimpulan
Apa yang perlu diambil dan apa yang perlu dipegang longgar
Teori ini lebih mantap daripada yang disangka
Percanggahannya yang paling terkenal tertutup pada 0.60 σ pada 2025, dan bagi kuantiti itu pengiraan kini empat kali kurang pasti berbanding ukuran. Apabila ujian sesuatu teori mula dihadkan oleh kesukaran mengira ramalannya sendiri, bukan ujian itu yang gagal.
Dan ia belum selesai dengan cara yang tidak dapat dibaiki oleh sebarang ujian
Enam fenomena tiada entri di dalamnya, dan sembilan belas pemalarnya dimasukkan dengan tangan. Kedua-duanya bukan ukuran yang mungkin memberi hasil berbeza tahun depan. Eksperimen yang lebih baik tidak dapat membekalkan daya yang tiada dalam teori, dan setinggi mana pun kejituan tidak menjelaskan mengapa sembilan belas nombor bernilai sedemikian.
Pegang yang ini dengan longgar
Bilangan sembilan belas itu ialah teori tanpa jisim neutrino; untuk memuatkannya dipercayai perlu 7 atau 8 lagi. Had 0.12 eV bagi jisim neutrino mengandaikan satu model kosmologi. Purata Higgs membawa faktor skala 1.4, bermakna inputnya bercanggah. Dan keputusan muon bergantung pada ketepatan pengiraan kekisi, sementara laluan lama berasaskan data masih belum diselaraskan.