¿Cuál es la mejor manera de explicar la ecuación del modelo estándar a alguien que sabe muy poco sobre física?

Sin intentar replicar lo que ya está disponible en línea (por ejemplo, Wikipedia) o libros excelentes …

El modelo estándar tiene dos partes. Una parte es pura teoría: se llama teoría cuántica de campos. La otra parte está llenando la teoría de contenido: campos específicos que realmente habitan nuestro universo y sus interacciones.

Una teoría de campo prototipo es el electromagnetismo: la teoría describe un campo que está presente en todas partes, incluso si sus valores reales son cero o cercanos en muchos lugares. Donde sea y cuando el campo sea distinto de cero (por ejemplo, cuando describimos un rayo de luz, que es radiación electromagnética), se dice que está en un estado excitado .

Una teoría de campo cuántica es solo una teoría de campo, pero con un giro: sus propiedades matemáticas son tales que las excitaciones se agregan y eliminan en unidades establecidas. Son estas excitaciones de campo unitario las que percibimos, cuando las circunstancias son correctas, como partículas. (En el contexto del campo electromagnético, es fácil concebir que la luz visible consista en pequeñas partículas, pequeños proyectiles. Pero es mucho más difícil de imaginar, por ejemplo, ondas de radio de onda larga, transmitidas por una antena enorme y captadas por un receptor a cientos de millas de distancia utilizando un cable largo, como “partículas”. Pero la teoría subyacente es exactamente la misma).

Una teoría del campo cuántico se describe en términos de la energía del campo. Esta energía consta de dos partes: la energía cinética del campo en sí y la energía de interacción (energía potencial) entre dos campos distintos. Por ejemplo, la electrodinámica cuántica tiene dos campos: el campo electromagnético (con fotones como excitaciones) y el campo de electrones (con electrones como excitaciones). La teoría trata sobre cómo el campo de electrones puede crear o absorber excitaciones del campo electromagnético.

Un problema con las teorías de campo cuántico es que a menudo predicen infinitos sin sentido. Cuando es posible “arreglar” una teoría deshaciéndose de infinitos no deseados utilizando un proceso matemático razonablemente riguroso, se dice que la teoría es renormalizable. Una teoría de campo cuántico a menudo se renormaliza porque tiene simetrías matemáticas abstractas intrínsecas que ayudan a eliminar infinitos no deseados de las ecuaciones.

Y esto nos lleva a la ecuación en la pregunta: “la” ecuación del Modelo Estándar de física de partículas es una ecuación de teoría de campo cuántico que incorpora

• Todos los campos conocidos encontrados en la Naturaleza, excepto la gravedad: leptones, quarks, fotones, bosones de vectores masivos, gluones y el bosón de Higgs;
• Todas las interacciones entre estos campos;
• Todas las propiedades de simetría de estos campos que hacen que la teoría se renormalice.

Utilizando las técnicas que representan la mayor parte de cualquier libro de texto de teoría de campo cuántico, es posible a partir de esta ecuación derivar ecuaciones específicas que rigen el comportamiento de un sistema de partículas. Específicamente, lo que a menudo se derivan son los “propagadores” y las “reglas de vértice” de una teoría, en referencia a los diagramas pictóricos de Feynman que, además de ofrecer intuición, también ayudan a enumerar con precisión todos los posibles términos de interacción. Los propagadores describen campos “libres”: las reglas de vértice describen interacciones entre esos campos. Esta técnica funciona muy bien para el electromagnetismo y la interacción débil, pero la interacción fuerte requiere otras técnicas porque su naturaleza matemática es diferente. No obstante, todas las ecuaciones básicas se derivan del Modelo Estándar “Lagrangiano”: un llamado funcional de un tipo descrito por primera vez por Joseph-Louis Lagrange hace más de 200 (!) Años y utilizado en el contexto de la física clásica a través del método llamado principio de menor acción, pero que también forma parte de los fundamentos de la teoría cuántica de campos, junto con su primo cercano del siglo XIX, el hamiltoniano, llamado así por William Rowan Hamilton.

La ecuación modelo estándar es lo que los físicos llaman “langrangiano”. Un langrangiano puede pensar en una descripción formal de cómo se comporta un sistema.

Por ejemplo, si tiene un péndulo, puede escribir un “langrangiano” que describa el movimiento del péndulo.

En física de partículas, cada partícula está representada por un “campo”. La ecuación SM es una descripción formal de cómo cada uno de los campos interactúa entre sí, y cada letra griega y cada parte de la ecuación es una descripción que dice “este campo y ese campo interactúan de esta manera”.

Explicar lo que hace cada parte de la ecuación no es tan difícil. Aquí hay una letra griega, esto es lo que significa esa letra. La parte difícil es conocer las reglas para hacer que la máquina matemática funcione. Por ejemplo, una vez que tengo la ecuación, puedo calcular lo que sucede cuando se lanzan dos electrones entre sí.

Creo que es bueno mostrarle a los legos la ecuación del modelo estándar y hacer una breve descripción de lo que hace. Es como mostrarle a alguien la cabina de un 747 o el interior de una sala de operaciones, es posible que no sepa lo que hace cada interruptor, pero es impresionante de ver.

La explicación más simple del Modelo Estándar es que los científicos intentaban explicar toda la física del universo en una ecuación matemática.

El primer problema fue cuáles son las partículas fundamentales sobre las cuales se construye todo en el universo. El siguiente problema fue cuáles son las fuerzas fundamentales en el universo que actúan sobre esas partículas. Luego describe todo esto en una ecuación.

Estas parecen preguntas fáciles pero no lo son. La mayoría de la gente sabe acerca de los protones, los neutrones y los electrones, pero hay cientos de otras partículas en la familia de los mesones y bariones, así como partículas como los neutrinos, los positrones, etc. ¿Cuáles son las partículas fundamentales que construyen todo? En la década de 1960, se descubrió que los protones estaban compuestos de quarks, por lo que los protones no eran fundamentales. Quarks fueron.

Se examinaron muchos descubrimientos científicos y se llegó a un consenso sobre cuáles eran las partículas fundamentales. Otros científicos habían explicado matemáticamente las fuerzas. La más conocida de las fuerzas en el Modelo Estándar es el electromagnetismo. La fuerza débil y la interacción de fuerza fuerte fueron descritas por científicos en la década de 1960.

Entonces, los científicos tenían las partículas fundamentales conocidas y tres de las cuatro fuerzas como el comienzo de su fórmula. Luego aplicaron la teoría del calibre a las matemáticas. Esta es una teoría de la simetría. Por lo tanto, si alguna parte de las partículas y fuerzas no fuera simétrica, se agregaría una partícula hipotética al Modelo como marcador de posición hasta que se pudiera descubrir la partícula. Desde la década de 1970, los científicos han tenido que buscar y encontrar las partículas hipotéticas como el bosón de Higgs y creen que las han encontrado con éxito.

Al final, los científicos tenían una ecuación que podía describir matemáticamente la interacción de las partículas y fuerzas fundamentales que componen todo el universo, excepto la gravedad.

El modelo estándar trata de explicar de qué está hecho todo en el universo y cómo interactúan entre sí para producir el increíble universo, a un nivel muy fundamental.

dice que toda la materia que nos rodea está compuesta de solo 6 quarks (los quarks se combinan para formar protones, neutrones, etc. en el núcleo de un átomo), 6 leptones (por ejemplo, electrones) y portadores de FUERZA (como fotones)

Todos han visto el efecto cuando los imanes se juntan. Se atraen o repelen. ¿Pero alguna vez se preguntó por qué y cómo atraen o repelen? El modelo estándar dice que estas INTERACCIONES ocurren debido al intercambio de TRANSPORTADORES DE FUERZA entre las partículas que interactúan. El portador de la fuerza, por lo tanto, para partículas cargadas eléctricamente como protones, electrones, etc. es un fotón. ¡Así, la repulsión protón_protón, la atracción electrón_protón, etc. se debe al intercambio de fotones entre ellos!

¡Por lo tanto, todo lo que nos rodea simplemente existe porque los protones y los electrones tienen carga opp!

Incluso Wikipedia a veces lo hace bien;) Ver http://en.wikipedia.org/wiki/Sta … para ver eso bien, no, el Modelo Estándar no es la explicación de todo, sino más bien, “la teoría de casi todo” , ya que deja de lado la gravedad.

Por otra parte, ahora que sabemos sobre la existencia de la energía oscura y la masa oscura, ya ni siquiera se parece a “la teoría de casi todo”, ya que no nos dice nada sobre la energía oscura o la materia oscura. Todo lo que sabemos sobre cualquiera de estos (que no es mucho) proviene de la relatividad general y la cosmología. Sin embargo, la materia oscura y la energía oscura son más abundantes que la materia bariónica cubierta por el Modelo Estándar.

La parte difícil es que es casi imposible encontrar un lugar donde se explique por completo. Tantos lugares donde está escrito pero no se molestan en etiquetar todas las variables. Es frustrante buscarlo.

Hay una ecuación? ¿Dónde puedo encontrarlo?