Nerazrešena pitanja
- Poreklo masa čestica.
- Higs bozon još uvek nije otkriven.
- Zašto Standardni model ne može da predvidi kolike su mase elementarnih čestica? U Standardnom modelu to su slobodni parametri.
- Zašto su mase elementarnih čestica toliko različite? Mase poznatih elementarnih čestica obrazuju hijerarhiju koja obuhvata 11 redova veličine.
Od 1970. godine fizičiri znaju da dve osnovne sile u prirodi, elektromagnetna i slaba, mogu biti ujedinjene u jednu - elektroslabu silu- ako su čestice koje prenose te sile bezmasene. Foton, koji prenosi elektromagnetnu silu je bezmasen, ali zato čestice koje prenose slabu silu (W i Z bozoni) imaju znatnu masu (oko 80 i 90 GeV), što objašnjava zašto je slaba sila slabija od elektromagnetne. Međutim, i pored toga unifikacija ove dve sile je moguca ako pretpostavimo postojanje nove skalarne čestice Higs bozona koji omogucava da čestice koje prenose slabu silu postanu masivne, na način kako to opisuje Higsov mehanizam spontanog narušenja simetrije. Dodatno, interagujuci sa Higs bozonom i sve druge elementarne čestice (fermioni- kvarkovi i leptoni) stišu masu.
Higs bozon, ili nešto drugo što igra njegovu ulogu, je neophodan u Standardnom modelu, ali još uvek nije otkriven. Zbog toga je traganje za Higs bozonom jedan od glavnih zadataka LHC eksperimenata.
Kolika je masa Higs bozona? Standardni model ne predvidja kolika je masa Higs bozona (to je slobodni parametar), ali teoretišari misle da bi trebalo da bude manja od 1000 GeV (da bi teorija bila unitarna). Direktnim traganjem za Higs bozonom u LEP i Tevatron eksperimentima postavljena je donja granica na masu Higs bozona od 114.4 GeV.
Leptoni interaguju samo sa fotonima i vektorskim bozonima koji po po svemu sudeci prenose slabe interakcije. Šta bi bilo prirodnije nego ujediniti ove bozone sa spinom 1 u jedan multiplet gradijentnih polja. Jedina prepreka ovoj sintezi su jasne razlike u masama fotona i vektorskih bozona, i razlike u njihovim sprezanjima. Ove razlike bismo mogli da razumemo zamišljajuci da su simetrije povezane sa slabim i elektromagnetnim interakcijama, tačne simetrije Lagranžijana ali narušene vakuumom.
Elektroslabo ujedinjenje, S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. 19, 1264 (1967).
Nove simetrije
Na rastojanjima vecim od 10-16 elektroslaba interakcija se razbija na elektromagnetnu i slabu pri čemu je simetrija svake od ovih interakcija niža od simetrije elektroslabe interakcije.Da li postoji slično razbijanje simetrija na još manjim rastojanjima? Kako se dolazi do energetske skale na kojoj se narušavaju te simetrije? Možda se na vrlo malim rastojanjima (na vrlo visokim energijama) sve interakcije ujedinjuju u jednu, sa vrlo visokom simetrijom (Veliko ujedinjenje), koja se sa porastom rastojanja raspada na odvojene interakcije sa njihovim nižim simetrijama: (u konacnoj instanci na jaku, slabu i elektromagnetnu interakciju)?
Postoje različite teorije koje razmatraju takvu mogućnost, kao što su teorija struna ili supersimetrija. Međutim, ove teorije nisu u stanju da predvide na kojoj energetskoj skali će se pojaviti odgovarajući signali koji bi potvrdili važenje ovih teorija. Jedino što znamo je da to nisu energije koje se mogu dostići na postojećim akceleratorima.
