ΠΕΡΑΝ ΤΟΥ ΚΑΘΙΕΡΩΜΕΝΟΥ ΠΡΟΤΥΠΟΥ

Το καθιερωμένο πρότυπο επεκτείνει την κλασική έννοια της δύναμης: εκτός από το να απωθούνται και να έλκονται μεταξύ τους, τα σωματίδια όταν έρχονται σε αλληλεπίδραση μπορούν να μεταβάλλουν την ταυτότητά τους ή ακόμη και να δημιουργούνται ή να αφανίζονται. Στα διαγράμματα Feynman (δεξιά) οι ευθείες γραμμές παριστάνουν τις τροχιές των σωματιδίων ύλης, ενώ οι κυματιστές γραμμές τις τροχιές σωματιδίων πεδίου.

(α) το εισερχόμενο ηλεκτρόνιο εκπέμπει ένα φωτόνιο και απομακρύνεται κινούμενο προς άλλη κατεύθυνση.
(β) Η ισχυρή δύναμη συνδέεται με την εκπομπή (και απορρόφηση) γλοιονίων από κουάρκ.
(γ),(δ) Η ασθενής δύναμη προκαλείται από την ανταλλαγή σωματιδίων W και Ζ, που εκπέμπονται και απορροφούνται, τόσο από τα κουάρκ όσο και από τα λεπτόνια [δηλαδή από τα ηλεκτρόνια, τα μιόνια, τα ταυ και τα αντίστοιχά τους νετρίνα]. Προσέξτε πως το W κάνει το ηλεκτρόνιο να αλλάξει ταυτότητα.
(ε) (ζ) Τα γλοιόνια αλληλεπιδρούν και μεταξύ τους και το ίδιο ισχύει και για τα μποζόνια W και Ζ. Αντίθετα τα φωτόνια αλληλεπιδρούν μόνο με τα σωματίδια ύλης.
Τα διαγράμματα (α) έως (ζ) ονομάζονται κορυφές αλληλεπίδρασης. Οι δυνάμεις παράγονται με το συνδυασμό δύο ή περισσότερων τέτοιων κορυφών. π.χ.
(η) η ηλεκτρομαγνητική δύναμη μεταξύ ενός ηλεκτρονίου και ενός κουάρκ κατά μεγάλο μέρος παράγεται από την ανταλλαγή ενός φωτονίου.

Η επέκταση του καθιερωμένου προτύπου που συγκεντρώνει τις προτιμήσεις των περισσότερων σωματιδιακών φυσικών είναι το Ελάχιστο Υπερσυμμετρικό Καθιερωμένο Πρότυπο (ΕΥΚΠ). Η υπερσυμμετρία επισυνάπτει σε κάθε είδος σωματιδίων έναν υπερσυμμετρικό σύντροφο. Αν και για τις μάζες αυτών των υπερσυντρόφων είναι ελάχιστα γνωστά, λόγω της υπερσυμμετρίας οι αλληλεπιδράσεις τους υπόκεινται σε στενότατους περιορισμούς. Άπαξ και μετρηθούν οι μάζες, οι πειραματικές προβλέψεις του ΕΥΚΠ θα υπόκεινται σε ακόμη στενότερους περιορισμούς από εκείνες του καθιερωμένου προτύπου λόγω των μαθηματικών σχέσεων που επιβάλλει στη θεωρία η υπερσυμμετρία....

Αν επεκτείνουμε το καθιερωμένο πρότυπο περνώντας στο ΕΥΚΠ, οι εντάσεις των δυνάμεων ουσιαστικά εξισώνονται σε μια ορισμένη υψηλή τιμή της ενέργειας. Στην ίδια τιμή έντασης προσεγγίζει, σε μια ελαφρώς υψηλότερη ενέργεια, και η βαρυτική δύναμη, ενισχύοντας έτσι με ισχυρές ενδείξεις υπέρ του ΕΥΚΜ.
Στην συνέχεια απαριθμούνται οι λόγοι που καθιστούν επιβεβλημένη την επέκταση του καθιερωμένου προτύπου:
1. Το καθιερωμένο πρότυπο δεν μπορεί να συμπεριλάβει την βαρύτητα, διότι δεν υπάρχει συνεπής κβαντική θεωρία της βαρύτητας ανάλογη με εκείνες των υπολοίπων δυνάμεων.
2. Οι τιμές των μαζών των κουάρκ και των λεπτονίων αποκλείεται να εξηγηθούν στα πλαίσια του Καθιερωμένου προτύπου.
3. Το καθιερωμένο πρότυπο έχει 3 «γενιές» σωματιδίων. Ο κόσμος της καθημερινής εμπειρίας αποτελείται εξ ολοκλήρου από σωματίδια της 1ης γενιάς, και αυτή η γενιά φαίνεται να συνιστά αφ’ εαυτής μια συνεπή θεωρία. Το καθιερωμένο πρότυπο περιγράφει και τις 3 γενιές σωματιδίων, αδυνατεί όμως να εξηγήσει γιατί αυτές είναι περισσότερες από μία.
4. Η συμμετρία που συνδέει την ύλη και την αντιύλη είναι η συμμετρία CP, δηλ. η συμμετρία ως προς συνδυασμένους μετασχηματισμούς συζυγίας φορτίου και αναστροφής χώρου. Αν το σύμπαν άρχισε με τη Μεγάλη Έκρηξη, θα έπρεπε να εξελιχθεί έτσι ώστε η ύλη να είναι ισόποση με την αντιύλη. Την ασυμμετρία που παρατηρούμε σήμερα στο σύμπαν που αποτελείται σχεδόν εξολοκλήρου από ύλη, το καθιερωμένο πρότυπο αδυνατεί να εξηγήσει.
5. Αδυνατεί να εξηγήσει τις ειδικές μορφές που έχουν οι αλληλεπιδράσεις του πεδίου Higgs. Επίσης, οι κβαντικές διορθώσεις φαίνεται ότι κάνουν την υπολογιζόμενη μάζα του μποζονίου Higgs τεράστια, κάτι που με τη σειρά του θα έκανε τεράστιες και όλες τις μάζες των υπολοίπων σωματιδίων, οπότε αναφύεται ένα εννοιολογικό πρόβλημα.
6. Δεν εξηγεί τον πληθωρισμό, αφού αποκλείεται να ευθύνονται γι’ αυτόν τα πεδία του καθιερωμένου προτύπου.
7. Το σύμπαν πρέπει να περιέχει τρομερή συγκέντρωση ενέργειας, ακόμη και στις πιο άδειες περιοχές του χώρου. Η βαρυτική έλξη αυτής της λεγόμενης ενέργειας κενού θα έπρεπε να είχε προσδώσει στο σύμπαν αισθητή καμπυλότητα. Τον γρίφο αυτό που ονομάζεται πρόβλημα κοσμολογικής σταθεράς αδυνατεί να προσεγγίσει το καθιερωμένο πρότυπο.
8. Πιστευόταν επί μακρόν ότι η διαστολή του σύμπαντος επιβραδύνεται λόγω της αμοιβαίας βαρυτική έλξης όλης της ύλης του σύμπαντος. Εντούτοις, γνωρίζουμε πλέον ότι στην πραγματικότητα η διαστολή βαίνει επιταχυνόμενη, και πως οτιδήποτε κι αν προκαλεί αυτή την επιτάχυνση [ το οποίο αποκλήθηκε «σκοτεινή ενέργεια»] δεν μπορεί να έχει καμία σχέση με τη φυσική του καθιερωμένου προτύπου.
9. Το σύμπαν αποτελείται κατά μεγάλο ποσοστό από αόρατη ψυχρή σκοτεινή ύλη, η οποία αποκλείεται να συνίσταται από σωματίδια του καθιερωμένου προτύπου.
Gordon Kane «Η επέκταση του καθιερωμένου προτύπου», Scientific American, Νοέμβριος 2003