عرض مصدر فيزياء ما وراء النموذج المعياري

{{ما وراء النموذج المعياري}}
في [[فيزياء|الفيزياء]]، يقدم [[نظرية النموذج المعياري|النموذج المعياري]] ل[[فيزياء الجسيمات]] حاليًا أفضل وصف لجميع البيانات التجريبية.<ref>[http://www2.slac.stanford.edu/vvc/theory.html Stanford Linear Accelerator Center Virtual Visitor Center] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20111103033513/http://www2.slac.stanford.edu/vvc/theory.html |date=03 نوفمبر 2011}}</ref> يشير مصطلح '''فيزياء ما وراء النموذج المعياري''' {{إنج|Physics beyond the Standard Model}} إلى التطورات النظرية اللازمة لشرح قصور [[نظرية النموذج المعياري|النموذج المعياري]]، مثل [[مسألة التسلسل الهرمي|أصل الكتلة (المسألة الهرمية)]]، و[[ثابت كوني|مسألة الثابت الكوني]]، و[[خرق تناظر الشحنة والسوية|مسألة خرق تناظر الشحنة السوية القوية]]، و[[تذبذب النيوترينو]]، و[[تباين الباريون|تباين المادة والمادة المضادة]]، وطبيعة [[مادة مظلمة|المادة المظلمة]] و[[طاقة مظلمة|الطاقة المظلمة]]. مشكلة أخرى تقع ضمن [[نظرية النموذج المعياري|الإطار الرياضي للنموذج العياري]] تكمن في عدم تطابق بنائه الرياضي مع ذلك الخاص [[النسبية العامة|بالنسبية العامة]] لدرجة انهيار [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]] أو [[النسبية العامة]] أو كلتا النظريتين ضمن بنائهما الخاص في حالات معينة (على سبيل المثال ضمن [[زمكان|السمات المعروفة للزمكان]] مثل [[الانفجار العظيم|الإنفجار الكبير]] و[[أفق الحدث|آفاق الحدث للثقب الأسود]]).

تشتمل نظريات ما وراء [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]] على امتدادات عديدة [[نظرية النموذج المعياري|للنموذج العياري]] خلال [[نظرية النموذج المعياري|التناظر الفائق]]، مثل [[النموذج المعياري فائق التناظر الأدنى|النموذج العياري الفائق التناظر الأدنى]]، و {{وإو|لغ=en|نص=النموذج العياري الفائق التناظر القريب من الأدني|تر=Next-to-Minimal_Supersymmetric_Standard_Model|عر=Next-to-Minimal_Supersymmetric_Standard_Model}}، أو على تفسيرات جديدة كلياً، مثل [[نظرية الأوتار]]، و[[نظرية إم|نظرية-إم]]، و {{وإو|لغ=en|نص=الأبعاد الإضافية|تر=Extra_dimensions_(disambiguation)|عر=Extra_dimensions_(disambiguation)}}. بميل هذه النظريات ذات التفسيرات الجديدة لإعادة إنتاج مجمل الظواهر الحالية، يمكن تسوية مسألة أي من هذه النظريات هي الأصح، وعلى الأقل تمثل أفضل خطوة باتجاه [[نظرية كل شيء]] فقط عبر التجارب، ضمن أكثر مجالات البحث نشاطاً في [[فيزياء نظرية|الفيزياء النظرية]] و[[فيزياء تجريبية|التجريبية]]، وبالإضافة إلى ذلك، هناك أيضاً العديد من المحاولات لدمج الظواهر المختلفة والمترابطة إلى نظرية أكثر وحدوية، مثل [[النظرية الموحدة العظمى|توحيد اقتران المعياري]]، ونظرية [[مادة كواركية|كتل الكوارك]]، ونظرية [[نيوترينو#كتلة|كتل النيوترينو]].

== مشاكل النموذج العياري ==

[[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]] غير تام، بالرغم من كونه النظرية الأكثر نجاحاً في [[فيزياء الجسيمات]] حتى الآن.

=== ملاحظات تجريبية لايمكن تفسيرها ===

لايعطي النموذج العياري تفسيراً كافياً لعدد من الملاحظات التجريبية.

* '''[[جاذبية (توضيح)|الجاذبية]]''': لا يقدم [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]] تفسيراً [[جاذبية|للجاذبية]]، وأكثر من ذلك لايتوافق مع النظرية الأكثر نجاحاً [[جاذبية|للجاذبية]] حتى الآن «[[النسبية العامة]]».
* '''[[مادة مظلمة|المادة المظلمة]] و[[طاقة مظلمة|الطاقة المظلمة]]''': تخبرنا مشاهدات [[علم الكون]] بقدرة [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]] على تفسير فقط ما يقارب 4% من [[طاقة|الطاقة]] الموجودة في [[الكون]]. يجب أن تشكل [[مادة مظلمة|المادة المظلمة]] ([[مادة]] بسلوك مماثل للمواد الأخرى المعروفة و[[قوة نووية ضعيفة|تتآثر فقط بشكل ضعيف]] مع حقول [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]]) ما يقارب 24% من نسبة 96% المتبقية. ويجب أن تمثل [[طاقة مظلمة|الطاقة المظلمة]] ما تبقى ([[طاقة الفراغ|كثافة طاقة ثابتة للفراغ]]).
* '''[[كتلة]] [[نيوترينو|النيوترينو]]''': [[نيوترينو|النيوترينو]] [[جسيم]] عديم [[كتلة|الكتلة]] وفقا [[نظرية النموذج المعياري|للنموذج العياري]]. بالرغم من ذلك تظهر تجارب [[تذبذب النيوترينو]] وجود [[نيوترينو|كتلة للنيوترينو]]. يمكن إدراج [[نيوترينو|كتلة النيوترينو]] ضمن [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]] يدوياً، باستثناء أن تلك الإضافة تقود لمشاكل نظرية أخرى.
* '''[[تباين الباريون|تباين المادة والمادة المضادة]]''': [[الكون]] مكون في مجمله من [[مادة|المادة]]، ويتنبأ [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]] بتساوي كمية كل من [[مادة|المادة]] و[[مادة مضادة|المادة المضادة]] (تقريباً)، والتي من شأنها أن تفني بعضها البعض بما أن [[الكون]] يبرد.

=== تنبؤات نظرية غير ملاحظة ===

باستثناء [[بوزون هيغز]]، تمت ملاحظة جميع [[جسيم أولي|الجسيمات]] التي تنبأ بها [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]] في [[مصادم|مصادم الجسيمات]]. تنبأ [[بوزون هيغز|ببوزون هيغز]] تفسير [[نظرية النموذج المعياري|النموذج القياسي]] [[آلية هيغز|لآلية هيغز]] التي تصف كيفية [[نظرية المقياس|تحطم تناظر المقياس الضعيف SU2]]، وكيفية وجود [[كتلة]] [[جسيم أولي|للجسيمات الأساسية]]. حددت الأبحاث التجريبية على الأرجح [[كتلة]] [[بوزون هيغز]] بين 114 و 157 [[إلكترون فولت]] وذلك في حال صحة [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]] ووجود [[بوزون هيغز]]، وبالرغم من سماح امتداد النموذج العياري بكتلة تتراوح بين 185 و 250 [[إلكترون فولت]] [[بوزون هيغز|لبوزون هيغز]]. في حال وجود [[بوزون هيغز]]، فإنه يجب على تجارب [[مصادم الهدرونات الكبير|مصادم الهادرونات الكبير]] التابع [[سيرن|لسيرن]] ايجاده، وفي حال عدم ايجاده فإن تحطم SU2 وتولد الكتلة يجب أن تدرج ضمن '''فيزياء ماوراء النموذج العياري'''.

=== مشاكل نظرية ===

تضاف بعض المزايا إلى [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]] بطريقة مخصصة، وهذه ليست مشكلة في حد ذاتها (أي تبقى النظرية صحيحة بوجود هذه المزايا الخاصة)، ولكنها تؤدي إلى عدم فهم النظرية. حفزت المزايا المخصصة واضعي النظريات للبحث عن نظرية أكثر عمقاً وذات بارامترات أقل. أمثلة على بعض هذه المزايا المخصصة:

*	'''[[مسألة التسلسل الهرمي|المسألة الهرمية]]''': يقدم [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]] الكتل الجسيمية من خلال عملية تعرف [[كسر التناظر التلقائي|بكسر التناظر التلقائي]] والناجم عن حقل [[آلية هيغز|هيغز]]. ضمن [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]]، تدخل تصحيحات كمية كبيرة جداً على كتلة هيغز بسبب وجود [[جسيم افتراضي|الجسيمات الافتراضية]] ([[كوارك قمي|الكوارك القمي الافتراضي]] غالباً). هذه التصحيحات أكبر بكثير من كتلة هيغز الفعلية. هذا يعني أن بارامتر {{وإو|لغ=en|نص=كتلة هيغز المجردة|تر=Bare_mass|عر=Bare_mass}} في [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]] يجب أن {{وإو|لغ=en|نص=يضبط|تر=Fine_tuning|عر=Fine_tuning}} بشكل يلغي كليا تلك التصحيحات الكمية. يعد هذا المستوى من {{وإو|لغ=en|نص=الضبط|تر=Fine_tuning|عر=Fine_tuning}} {{وإو|لغ=en|نص=غير طبيعي|تر=Naturalness_(physics)|عر=Naturalness_(physics)}} لكثير من واضعي النظريات.
*	'''[[خرق تناظر الشحنة والسوية|مشكلة خرق تناظر الشحنة القوية]]''': نظرياً يمكن القول أن [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]] ينبغي أن يتضمن مصطلح يكسر [[خرق تناظر الشحنة والسوية|تناظر الشحنة السوية]] (الرابط بين [[مادة|المادة]] و[[مادة مضادة|المادة المضادة]]) في قطاع [[تآثر قوي|التآثر القوي]]. تجريبياً، وبالرغم من ذلك، لم يعثر على أي انتهاك من هذا القبيل، مما يعني أن قيمة المعامل لهذا المصطلح قريبة جداً من الصفر. وأيضاً يعد هذا {{وإو|لغ=en|نص=الضبط|تر=Fine_tuning|عر=Fine_tuning}} {{وإو|لغ=en|نص=غير طبيعي|تر=Naturalness_(physics)|عر=Naturalness_(physics)}}.
*	'''عدد [[بارامتر (توضيح)|البارامترات]]''': يعتمد [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]] على 19 [[بارامتر (توضيح)|بارامتر عددي]]، ذات قيم معروفة من التجارب، ولكن أصل هذه القيم مجهول. حاول بعض واضعي النظريات العثور على علاقات بين البارامترات المختلفة، على سبيل المثال، بين كتل الجسيمات في [[جيل (فيزياء الجسيمات)|أجيال مختلفة]].

== نظريات التوحيد العظمى ==

{{مفصلة|نظرية التوحيد العظمى}}

[[نظرية النموذج المعياري|للنموذج العياري]] [[نظرية المقياس|ثلاثة تناظرات مقياسية]]، [[شحنة لونية|تناظر الشحنة اللونية]] {{وإو|لغ=en|نص=(SU3)|تر=SU(3)#SU.283.29|عر=SU(3)#SU.283.29}}، و[[لف نظائري ضعيف|تناظر اللف النظائري الضعيف]] {{وإو|لغ=en|نص=(SU2)|تر=SU(3)#SU.283.29|عر=SU(3)#SU.283.29}}، و[[فرط الشحنة|تناظراالشحنة الشديدة]] [[زمرة الدائرة|(U1)]]، المقابلة [[قوة أساسية|للقوى الثلاث الأساسية]]. بسبب [[استبدال غير المتناهي|إعادةالتسوية]] فإن ثوابت الاقتران لكل من هذه التناظرات تختلف باختلاف الطاقة التي يتم وفقها قياس هذه التناظرات. عند حوالي {{val|e=16|u=GeV}} تصبح هذه المزدوجات متساوية تقريباً. وقدأدى ذلك إلى تكهنات بأنه فوق هذه الطاقة تتوحد التناظرات المقياسية للنموذج العياري في ضمن تناظر مقياسي وحيد ومفرد مع مجموعة مقياسية بسيطة، وثابت اقتران وحيد. ودون هذه الطاقة يتحول التناظر تلقائياً إلى تناظرات النموذج العياري. الخيارات الرائجة للمجموعة الموحدة هي المجموعة الموحدة الخاصة في 5 أبعاد، والمجموعة المتعامدة الخاصة في 10 أبعاد.

يطلق على النظريات التي توحد تناظرات النموذج العياري اسم نظريات التوحيد العظمى (GUTs)، ويدعى مستوى الطاقة الذي يتحطم وفقه التناظر الموحد بمقياس نظرية التوحيد العظمى (GTU Scale). بشكل عام، تتنبأ نظريات التوحيد العظمى بتشكل أحادي [[أحادي القطب المغناطيسي|القطب المغناطيسي]] في بداية عمر الكون، وعدم استقرار [[بروتون|البروتون]]. لم تلاحظ أي من هذه التنبؤات مما يضع حدوداً لإمكانية نظريات التوحيد العظمى.

== التناظر الفائق ==

{{مفصلة|تناظر فائق}}

يوسع [[تناظر فائق|التناظر الفائق]] [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]] من خلال إضافة رتبة إضافية من التناظرات إلى [[لاغرانجيان|اللاغرانجيان]]. تستبدل هذه التناظرات [[فيرومون|الفرمونات]] [[بوزون|بالبوزونات]]. يتنبأ مثل هذا التناظر بوجود [[نظير فائق|جزيئات فائقة التناظر (النظير الفائق)]]، تشتمل على [[سفرميون|اللبتون الفائق]]، و[[سفرميون|الكوارك الفائق]]، و[[نيوترالينو|النيوترالينوس]]، و[[شارجينو|الشارجيونوس]]. لكل [[جسيم]] في [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]] [[نظير فائق]] [[لف مغزلي|بلف مغزلي]] يختلف بنسبة 2/1 من الجسيم العادي. يرجع ذلك إلى {{وإو|لغ=en|نص=كسر التناظر الفائق|تر=Supersymmetry_breaking|عر=Supersymmetry_breaking}}، [[نظير فائق|النظائر الفائقة]] أثقل بكثير من نظيراتها العادية، فهي ثقيلة بحيث أن [[مصادم|مصادمات الجسيمات الحالية]] قد لا تكون قوية بما يكفي لإنتاجها.

== النيوترينوات ==

{{مفصلة|نيوترينو}}

في [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]]، [[نيوترينو|النيوترينوات]] عديمة [[كتلة|الكتلة]] كنتيجة لاحتوائه نيوترينوات {{وإو|لغ=en|نص=عسرى|تر=Chirality_(physics)|عر=Chirality_(physics)}} فقط، ومع عدم وجود شريك أيمن مناسب فإنه من المستحيل إضافة مصطلح كتلة النيوترينو للنموذج العياري، غير أن القياسات أشارت إلى أن النيوترينوات تغير [[تذبذب النيوترينو|نكهتها بشكل تلقائي]]، مما يعني وجود كتلة لها، وتعطي هذه القياسات فقط كتل نسبية للنكهات المختلفة. أفضل قيد على الكتلة المطلقة للنيترينوات يأتي من القياسات الدقيقة لانحلال [[تريتيوم|التريتيوم]]، مع حد أعلى يساوي 2 [[إلكترون فولت]]، مما يجعلهم أخف بخمس مرات من الجسيمات الأخرى في النموذج العياري، وهذا يعني أن على امتداد النموذج العياري ليس فقط تفسير وجود كتلة للنيوترينوات وإنما تفسير شدة صغر هذه الكتلة.

إحدى الطرق لإضافة كتلة للنيوترينو تتمثل بإضافة نيترينو أيمن وتشكيل مزودجة مع النيوترينو الأيسر ضمن مصطلح [[معادلة ديراك|كتلة ديراك]]. يجب على النيترينو الأيمن أن يكون [[نيوترينو خامل|عقيماً]]، أي لايشترك في أي من تآثرات النموذج العياري. يستطيع النيترينو التصرف كجسيمه المضاد بسبب عدم امتلاكه لشحنة كهربائية، وأيضاً يمتلك كتلة ضمن إطار مصطلح [[معادلة مايورانا|كتلة ماجورانا]]. من المتوقع أن تتولد كتلة ديراك للنيوترينو خلال آلية هيغز، وبالتالي أن تكون مساوية في المقدار للكتل الأخرى وذلك بشكل مشابه لكتل ديراك الأخرى في النموذج العياري. تنشأ كتلة الماجورانا للنيوترينو الأيمن بأسلوب مختلف ومن المتوقع أن ترتبط ببعض مستويات الطاقة من فيزياء ماوراء النموذج العياري الحديثة، ولذلك ستعوق الطاقات المنخفضة أية عمليات تشتمل على نيترينو أيمن. بشكل فعال يعطي التصحيح بسبب عمليات الإعاقة تلك، كتلة للنيترينو الأعسر متناسبة عكسياً مع كتلة الماجورانا اليمنى، ضمن آلية تعرف [[آلية التأرجح|بآلية التأرجح]]. وبالتالي يفسر وجود النيوترينو الأيمن الكتلة الصغيرة للنيوترينو الأعسر وغياب النيوترينوات اليمنى في المشاهدات. للحصول على كتل فعالة للنيترينو في المدى الملاحظ لكتل ديراك بشكل مشابه للكتل الأخرى في النموذج العياري، فإنه يجب على النيوترينو الأيمن أن يكون قريب لمستوى نظرية التوحيد العظمى (ربط النيوترينوات اليمنى بإمكانية نظرية التوحيد العظمى).

تمزج مفاهيم الكتلة [[نيوترينو|النيترينوات]] من [[جيل (فيزياء الجسيمات)|أجيال مختلفة]]، تحدد {{وإو|لغ=en|نص=مصفوفة PMNS|تر=PMNS_matrix|عر=PMNS_matrix}} معالم هذا المزج والتي تمثل نظير النيوترينو [[مصفوفة كابيبو-كوباياشي-ماسكاوا|لمصفوفة مزج الكوارك CKM]]. على عكس مزج الكوارك والذي يكون غالباً أصغرياً، يظهر مزج النيوترينو ليكون غالباً أعظمياً، وقد أدى هذا المزج للتكهن بالعديد من التناظرات بين الأجيال المختلفة والتي من الممكن أن تفسر أنماط المزج. من الممكن لمصفوفة المزج أن تحوي العديد من الأطوار المعقدة التي تكسر ثبات تناظر الشحنة، بالرغم من عدم التحقق من ذلك تجريبياً. ربما يمكن لهذه الأطوار تشكيل فائض من [[لبتون (توضيح)|اللبتونات]] زيادة عن [[جسيم مضاد|اللبتونات المضادة]] في بداية الكون حيث تعرف هذه العملية بتشكيل اللبتون. من الممكن لعدم التناظر السابق أن يحول لاحقاً لفائض من [[باريون|الباريونات]] زيادة عن [[جسيم مضاد|البريونات المضادة]]، [[تباين الباريون|ويشرح تباين المادة والمادة المضادة]] في [[الكون]].

لايمكن [[نيوترينو|للنيوترينوات]] الخفيفة تفسير [[مادة مظلمة|المادة المظلمة]] المفقودة، لعدم امتلاكها لكتلة كافية، أكثر من ذلك، تظهر محاكاة [[تشكل البنية]] أن النيوترينوات الخفيفة شديدة السخونة (طاقتها الحركية كبيرة مقارنةً بكتلتها)، بينما يتطلب تشكل بنى شبيهة للمجرات في الكون وجود [[مادة مظلمة باردة]]. تظهر المحاكاة أن النيوترينوات يمكنها في الأفضل تفسير نسبة ضئيلة من المادة المظلمة المفقودة. تمثل النيوترينوات اليمنى الثقيلة العقيمة المرشح الأمثل للجسيمات الثقيلة الضعيفة التآثر المفترضة لتفسير المادة المظلمة.

== نظريات كل شيء ==

=== نظرية كل شيء ===

{{مفصلة|نظرية كل شيء}}

=== نظرية الأوتار ===

{{مفصلة|نظرية الأوتار}}

يتم توسيع، ومراجعة، وإعادة ترتيب، وتنظيم النموذج العياري في محاولة لتصحيح القضايا المذكورة آنفاً وغيرها من المواضيع. نظرية الأوتار هي أحد تلك المحاولات، حيث يعتقد العديد من الفيزيائيين أن مثل هذه النظريات تمثل الخطوة القادمة باتجاه نظرية كل شيء. ويعتقد البعض لنظريات الجاذبية الكمية مثل الجاذبية الكمية الحلقية وغيرها أن تكون مرشحاً واعداً للتوحيد الرياضي بين نظرية الحقل الكمي ونظرية النسبية العامة، متطلبةً تغييرات جذرية أقل للنظريات الحالية. مع ذلك، يضع العمل الحديث قيود صارمة الآثار المفترضة للجاذبية الكمية عند سرعة الضوء، ويستاء من بعض النماذج الحالية للجاذبية الكمية.

من بين العديد من متغيرات نظرية الأوتار ونظرية إم، واللتان اقترح وجودهما الرياضي لأول مرة في مؤتمر الأوتار عام 1995، يعتقد العديد أن تمثلا المرشح الأنسب لنظرية كل شيء ولاسيما الفيزيائيين براين غرين و[[ستيفن هوكينج|ستيفن هوكينغ]]. رغم أن الوصف الرياضي الكامل غير معروف، فإن الحلول للنظرية موجودة لحالات محددة. اقترحت الأعمال الحديثة أيضاً نماذج وترية بديلة، بعضهم يفتقر إلى العديد من المزايا صعبة الاختبار أكثر من نظرية إم (مثال وجود متعدد شعب كلابي ياو، والأبعاد الاضافية العديدة، الخ.) متضمنة أعمال لفيزيائيين مثل ليزا راندال.

== انظر أيضًا ==

* [[ميكانيكا الكم]]
* [[نظرية كل شيء]]
* [[نظرية الأوتار]]
* [[مبدأ الهولوغرافية|مبدأ هولوغرافي]]
* [[الانفجار العظيم]]
* [[بداهة كمية|بديهية كمومية]]

== المراجع ==
{{مراجع}}

== مصادر خارجية ==

* [http://www.sciam.com/article.cfm?articleID=000542E5-F21A-1422-AE7883414B7F0000&chanID=sa006&colID=12 ساينتفك أمريكان أبريل 2006]
* [http://www.nature.com/nature/journal/v448/n7151/full/nature06079.html LHC. نيتشر يوليو 2007]
* [http://www.openquestions.com/oq-ph009.htm أسئلة مفتوحة]
{{النموذج المعياري للفيزياء}}
{{شريط بوابات|الفيزياء|علم الفلك}}

[[تصنيف:فيزياء ما وراء النموذج المعياري|*]]
[[تصنيف:علم الكون الفيزيائي]]
[[تصنيف:فيزياء الجسيمات]]
[[تصنيف:مسائل غير محلولة في الفيزياء]]