Ελλείψεις του καθιερωμένου μοντέλου

Πειραματικά επιτεύγματα

Υπάρχουν ακόμη μερικά χαρακτηριστικά-κλειδιά της θεωρίας που δεν έχουν ακόμη δοκιμαστεί. Ένα από αυτά είναι η προέλευση των μαζών των σωματιδίων. Σύμφωνα με το καθιερωμένο μοντέλο, η θεωρία πεδίου στην οποία στηρίζεται, μπορεί να διτυπωθεί και με άμαζα σωματίδια κατά πολύ συμμετρικό τρόπο. Παρόλα αυτά το κενό της ηλεκτρασθενούς αλληλεπίδρασης σπάει αυτή τη συμμετρία και δίνει διαφορετικές μάζες σε διαφορετικά σωματίδια. Υπεύθυνο γι αυτό το αυθόρμητο σπάσιμο της συμμετρίας πιστεύεται ότι είναι ένα βαθμωτό πεδίο που του αντιστοιχεί ένα σωμάτιο, το λεγόμενο μποζόνιο Higgs. Η ακρίβεια των ηλεκτρασθενών πειραματικών δεδομένων είναι ευαίσθητη στη μάζα αυτού του σωματιδίου, και με τα σημερινά δεδομένα προβλέπεται γι αυτό μια μάζα της τάξης των 100 GeV c^-2 με ένα παράγοντα αβεβαιότητας περίπου 2. Η έρευνα για τα μποζόνια Higgs είναι ένας συνεχής σκοπός των πειραματικών προγραμμάτων στο LEP. Οι έρευνες αυτές δεν έχουν αποδώσει έως τώρα και έχουν εδραιώσει την άποψη ότι η μάζα του Higgs πρέπει να υπερβαίνει τα 102 GeV c^-2.

Τα πειράματα στο LEP θα μπορούσαν να επεκτείνουν την έρευνα έως τα 110 GeV c^-2. Αν όμως το μποζόνιο Higgs είναι βαρύτερο, η ανακάλυψή του μπορεί να απαιτεί μελλοντικά πειράματα στο Fermilab ή στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN.
Ένα άλλο στοιχείο που μας λείπει στα τεστ του καθιερωμένου μοντέλου, είναι ο μηχανισμός με τον οποίο επικράτησε η ύλη επί της αντιύλης. Αυτό το θέμα έχει μεγάλη σπουδαιότητα για την ιστορία του Σύμπαντος, το οποίο δεν φαίνεται να έχει σημαντική ποσότητα αντιύλης, παρά την φυσική προσδοκία ότι αρχικά υπήρχαν ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης. Το 1957 οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις εμφανίστηκαν να παραβιάζουν όχι μόνο την κατοπτρική συμμετρία (parity) αλλα επίσης και την συμμετρία της αντικατάστασης ενός σωματιδίου με το ηλεκτρικά αντίθετό του αντισωματίδιο. Αυτό σημαίνει ότι εν γένει ότι σωματίδια με spin μιας ορισμένης κατεύθυνσης συμπεριφέρονται διαφορετικά από όμοια σωματίδια με spin αντίθετης κατεύθυνσης. Σημαίνει επίσης ότι σωματίδια και αντισωματίδια που έχουν spin ίδιας κατεύθυνσης συμπεριφέρονται διαφορετικά.
Αρχικά νομίστηκε ότι ο συνδυασμός της κατοπτρικής συμμετρίας και της εναλλαγής σωματιδίου με αντισωματίδιο που είναι γνωστός ως CP συμμετρία ήταν πράγματι μια απαραβίαστη συμμετρία. Ένα πείραμα όμως του 1964 αποκάλυψε ότι και η CP παραβιάζεται κατά τις ασθενείς διασπάσεις των ουδέτερων Κ-μεσονίων που περιέχουν παράξενα (strange) quarks.
Το 1973 ο Makoto Kobayashi και ο Toshikide Maskawa πρότειναν ότι η ασυμμετρία ύλης-αντιύλης θα μπορούσε να φιλοξενηθεί μέσα στα πλαίσια του καθιερωμένου μοντέλου αν υπήρχαν τουλάχιστον 6 είδη quarks. Από τότε πολλή θεωρητική προσπάθεια έχει αφιερωθεί στην εκτίμηση των προβλέψεων του καθιερωμένου μοντέλου για ασυμμετρίες ύλης-αντιύλης σε διάφορες διεργασίες. Υπάρχει επίσης ένα εκτεταμένο πειραματικό πρόγραμμα για έλεγχο αυτών των προβλέψεων. Τα πειράματα βρίσκονται σε συνέπεια με το καθιερωμένο μοντέλο επιβεβαιώνοντας πρόσφατα την παραβίαση της CP συμμετρίας στην περίπτωση της διάσπασης των ουδέτερων Κ-μεσονίων. Όμως τα πειράματα δεν έχουν ακόμη πιστοποιήσει τις προβλέψεις του καθιερωμένου μοντέλου σε διασπάσεις άλλων σωματιδίων.

Τον τελευταίο καιρό υπάρχει αρκετό ενδιαφέρον στην έρευνα για παραβίαση τηςCP σε διασπάσεις Β-μεσονίων που περιέχουν το bottom quark. Ικανοί αριθμοί Β-μεσονίων παράγονται σε νέους επιταχυντές που λέγονται Β-εργοστάσια και λειτουργούν στο SLAC του Stanford και στο εργαστήριο ΚΕΚ στην Ιαπωνία.

Αν και το καθιερωμένο μοντέλο είναι πολύ επιτυχημένο χωρίς να υπάρχουν επιβεβαιωμένα αποτελέσματα από τους επιταχυντές που να συγκρούονται με αυτό, υπάρχουν αρκετοί θεωρητικοί λόγοι να το θεωρούμε μη ικανοποιητικό και να περιμένουμε κάποια Νέα Φυσική πέραν αυτού. Για παράδειγμα ακόμα και αν κανείς παραδεχτεί τα φορτία και τα spins των quarks και των λεπτονίων το καθιερωμένο μοντέλο περιέχει 19 ελεύθερες παραμέτρους που καθορίζονται από το πείραμα. Τόσες πολλές παράμετροι είναι σίγουρα απαράδεκτες για μια θεωρία που φιλοδοξεί να είναι θεωρία των πάντων. Οι προσπάθειες να πάμε πέρα από το καθιερωμένο μοντέλο τυπικά προσπαθούν να απλοποιήσουν τουλάχιστον μια από αυτές τις όψεις του.