Απόδοση από το https://home.cern/science/physics/standard-model
Σωματίδια ύλης
Όλη η ύλη γύρω μας είναι φτιαγμένη από στοιχειώδη σωματίδια, που αποτελούν το δομικό στοιχείο της ύλης. Αυτά τα σωματίδια εμφανίζονται σε δύο βασικούς τύπους που ονομάζονται κουάρκς και λεπτόνια. Η κάθε ομάδα αποτελείται από έξι σωματίδια, τα οποία εμφανίζονται σε ζευγάρια ή “γενιές”. Τα ελαφρύτερα και πιο σταθερά σωματίδια αποτελούν την πρώτη γενιά, ενώ τα βαρύτερα και λιγότερο σταθερά σωματίδια ανήκουν στην δεύτερη ή την τρίτη γενιά. Όλη η σταθερή ύλη στο σύμπαν αποτελείται από σωματίδια που ανήκουν στην πρώτη γενιά και οποιοδήποτε βαρύτερο σωματίδιο αποσυντίθεται σε πιο σταθερά. Τα έξι κουάρκς χωρίζονται σε ζευγάρια και σε τρεις γενιές – τα “up” και τα “down” κουάρκ σχηματίζουν την πρώτη γενιά, ακολουθούν τα “charm” και “strange” κουάρκ στη δεύτερη γενιά και έπειτα τα “top” και “bottom” κουάρκς στην τρίτη γενιά. Τα κουάρκς επίσης εμφανίζονται σε τρία διαφορετικά “χρώματα” και αναμειγνύονται μόνο με τρόπους για να δημιουργήσουν “άχρωμα” αντικείμενα. Τα έξι λεπτόνια είναι παρομοίως ταξινομημένα σε τρεις γενιές: τα “ηλεκτρόνιο” και “νετρίνο ηλεκτρονίου“, το “μυόνιο” και το “νετρίνο μυονίου“, το “ταύ” και “νετρίνο ταύ“. Το ηλεκτρόνιο, το μυόνιο και το ταυ έχουν ηλεκτρικό φορτίο και μετρήσιμη μάζα, ενώ τα νετρίνα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και έχουν πολύ μικρή μάζα.
Σωματίδια φορείς των δυνάμεων
Υπάρχουν τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις στο σύμπαν: Η ισχυρή, η ασθενής, η ηλεκτρομαγνητική και η βαρυτική. Αυτές λειτουργούν σε διαφορετικές εμβέλειες και έχουν διαφορετικές εντάσεις. Η βαρυτική είναι η πιο αδύναμη αλλά έχει άπειρη εμβέλεια. Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη επίσης έχει άπειρη εμβέλεια αλλά είναι πολύ πιο ισχυρή από την βαρυτική. Η ασθενής δύναμη και η ισχυρή δύναμη επιδρούν μόνο σε μικρές αποστάσεις και κυριαρχούν μόνο στο επίπεδο των υποατομικών σωματιδίων. Η ασθενής δύναμη είναι πιο αδύναμη από την ισχυρή και την ηλεκτρομαγνητική, αλλά είναι ισχυρότερη από την βαρυτική. Η ισχυρή δύναμη όπως λέει και το όνομα, είναι η δυνατότερη απ΄όλες τις άλλες τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις.
Οι τρεις από τις θεμελιώδεις δυνάμεις προκύπτουν από την ανταλλαγή των σωματιδίων που τις μεταφέρουν, τα οποία ανήκουν σε μία ευρύτερη ομάδα που ονομάζεται μποζόνια. Τα σωματίδια της ύλης μεταφέρουν διακριτή ποσότητα ενέργειας με την συνεχή ανταλλαγή μποζονίων μεταξύ τους. Κάθε θεμελιώδης δύναμη έχει το δικό της ανάλογο μποζόνιο – η ισχυρή δύναμη μεταφέρεται από το γλουόνιο (g) , η ηλεκτρομαγνητική δύναμη μεταφέρεται από το φωτόνιο (γ) και τα μποζόνια W και Z είναι υπεύθυνα για την ασθενή δύναμη. Αν και ακόμα δεν έχει βρεθεί το “γκραβιτόνιο“, αυτό πρέπει να αντιστοιχεί στο σωματίδιο που μεταφέρει την βαρύτητα. Το καθιερωμένο πρότυπο περιλαμβάνει την ηλεκτρομαγνητική, την ισχυρή και την ασθενή δύναμη καθώς και όλα τα σωματίδια φορείς τους, ενώ εξηγεί πως όλες αυτές οι δυνάμεις λειτουργούν πάνω σε όλα τα σωματίδια ύλης. Ωστόσο, η πιο γνωστή δύναμη στην καθημερινή μας ζωή, η βαρύτητα, δεν ανήκει στο καθιερωμένο πρότυπο, καθώς έχει αποδειχθεί ιδιαίτερα δύσκολο το να την ταιριάξουμε σε αυτό το πλαίσιο.
Το πρόβλημα με τη βαρύτητα
Είναι δύσκολο να χωρέσουμε μέσα σε ένα μοναδικό πλαίσιο την κβαντική θεωρία, που περιγράφει τον μικρόκοσμο, και τη γενική θεωρία της σχετικότητας, που περιγράφει τον μακρόκοσμο. Κανείς δεν έχει καταφέρει να κάνει τις δύο θεωρίες συμβατές μαθηματικά στο πλαίσιο του καθιερωμένου προτύπου. Ευτυχώς όμως για την φυσική στοιχειωδών σωματιδίων, που αφορά την μικροσκοπική κλίμακα των σωματιδίων, η επίδραση της βαρύτητας είναι τόσο αδύναμη που είναι ασήμαντη. Μόνο όταν η ύλη είναι σε μεγάλη ποσότητα, στην κλίμακα του ανθρώπινου σώματος ή των πλανητών για παράδειγμα, η επίδραση της βαρύτητας υπερισχύει. Οπότε το καθιερωμένο πρότυπο συνεχίζει να λειτουργεί καλά παρόλο που δεν συμπεριλαμβάνει μία από τις θεμελιώδεις δυνάμεις.