ΤΟ ΚΑΘΙΕΡΩΜΕΝΟ ΠΡΟΤΥΠΟ

Στη δεκαετία του 1950, οι φυσικοί χρησιμοποιώντας όλο και πιο ισχυρούς επιταχυντές ανακάλυπταν συνεχώς νέα σωματίδια. Ο Τζ. Ρόμπερτ Οπενχάϊμερ είχε πει αστειευόμενος ότι το Νόμπελ Φυσικής έπρεπε να απονεμηθεί στον φυσικό, που δεν θα ανακάλυπτε κανένα νέο σωματίδιο. Στις αρχές της δεκαετίας του 60 η σύγχυση από το τεράστιο πλήθος των «στοιχειωδών» σωματιδίων άρχισε να ξεδιαλύνεται, όταν οι Μάρεϊ Γκέλ – Μαν και ο Τζορτζ Τσβαϊγκ μίλησαν για πρώτη φορά για τα κουάρκ, τα στοιχειώδη συστατικά των πρωτονίων και νετρονίων. Το επόμενο σημαντικό βήμα έγινε το 1967, όταν οι Στίβεν Γουάϊνμπεργκ και Αμπντούς Σαλάμ έδειξαν ότι μπορεί να επιτευχθεί η ενοποίηση της ηλεκτρομαγνητικής και της ασθενούς δύναμης. Σύμφωνα με τη θεωρία τους, τα ηλεκτρόνια και τα νετρίνα (τα λεπτόνια με μια λέξη) αλληλεπιδρούν μεταξύ τους ανταλλάσσοντας μποζόνια Z και W και φωτόνια. Βάζοντας τα μποζόνια και τα λεπτόνια στην ίδια κατηγορία, δημιούργησαν μια θεωρία που ενοποιούσε τις δυο δυνάμεις. Το έργο των Στίβεν Γουάϊνμπεργκ, Σέλντον Γκλάσοου και Αμπντούς Σαλάμ, ενοποιούσε 2 από τις 4 δυνάμεις, την ηλεκτρομαγνητική με την ασθενή και παρείχε νέα στοιχεία για την ισχυρή πυρηνική δύναμη. Στα μέσα της δεκαετίας του 70, οι 3 από τις 4 δυνάμεις της φύσης συναρμολογήθηκαν στο λεγόμενο καθιερωμένο πρότυπο.
Το καθιερωμένο πρότυπο είναι μια θεωρία για τα αδρόνια (κουάρκ) και λεπτόνια (ηλεκτρόνια, νετρίνα, ) που αλληλεπιδρούν ανταλλάσσοντας γλοιόνια, μποζόνια Z και W, φωτόνια. Υπάρχουν 3 πανομοιότυπα αντίγραφα στοιχειωδών σωματιδίων (γενιές). Αν εξαιρέσει κανείς τις μάζες τους, οι τρεις γενιές δεν διαφέρουν καθόλου μεταξύ τους.
Η έννοια της συμμετρίας παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στο καθιερωμένο πρότυπο. Έτσι, όσον αφορά την ηλεκτρομαγνητική δύναμη έχουμε την ομάδα συμμετρίας U(1). Αυτή η ομάδα συμμετρίας επιτρέπει την εναλλαγή των συνιστωσών που εκφράζουν την πολικότητα του φωτός. Στην ασθενή αλληλεπίδραση αντιστοιχεί η ομάδα συμμετρίας SU(2). Αν έχουμε δυο λεπτόνια, το ηλεκτρόνιο και το νετρίνο και τα εναλλάξουμε σε μια εξίσωση, τότε έχουμε συμμετρία SU(2). Η ισχυρή δύναμη βασίζεται σε 3 κουάρκ τα οποία οι φυσικοί τα ξεχωρίζουν δίνοντας στο καθένα ένα φανταστικό «χρώμα». Οι εξισώσεις παραμένουν οι ίδιες όταν εναλλάσσονται οι 3 τύποι έγχρωμων κουάρκ και λέμε ότι έχουν συμμετρία SU(3).
Από την ένωση αυτών των τριών θεωριών προκύπτει η συμμετρία SU(3)Χ SU(2)Χ U(1), δηλαδή η συμμετρία που επιτρέπει την ανάμειξη μεταξύ 3 κουάρκ και την ανάμειξη μεταξύ 2 λεπτονίων (χωρίς όμως να αναμειγνύει κουάρκ με λεπτόνια). Η θεωρία που προκύπτει είναι το καθιερωμένο πρότυπο, μια από τις πιο επιτυχημένες θεωρίες όλων των εποχών.
Το καθιερωμένο πρότυπο ενώ συμφωνεί με το σύνολο των πειραματικών δεδομένων, περιλαμβάνει 19 αυθαίρετες παραμέτρους (οι μάζες και σταθερές σύζευξης των αλληλεπιδράσεων), που εισήχθηκαν εμβόλιμα, χωρίς να προκύπτουν λογικά από τη θεωρία. Σημειώνεται ότι το καθιερωμένο πρότυπο δεν λέει τίποτε για την βαρύτητα.