Standardmodellphysik

Das Standardmodell der Teilchenphysik, oft kurz Standardmodell genannt, ist eine quantenfeldtheoretische Beschreibung der fundamentalen Bausteine der Materie und der drei fundamentalen Kräfte, die bei bekannten Skalen wirken: elektromagnetisch, schwach und stark. Es verbindet die Prinzipien der Eichinvarianz mit dem Quantentheoretischen Feldrahmen und liefert präzise Vorhersagen für die Wechselwirkungen zwischen Elementarteilchen, ausgenommen Gravitation.

Die Materie besteht aus Fermionen, aufgeteilt in drei Generationen von Quarks und Leptonen. Zu den Quarks gehören up, down, charm, strange, top und bottom; zu den Leptonen Elektron, Myon, Tau sowie ihre zugehörigen Neutrinos. Quarks tragen Farbladung und vermitteln starke Kräfte mittels Gluonen; Leptonen interagieren durch Photon, W- und Z-Bosonen. Die drei Generationen bilden das beobachtbare Spektrum von Teilchen, wobei die schweren Teilchen oft sehr kurze Lebensdauern haben.

Die drei fundamentalen Wechselwirkungen werden durch die Eichsatz-Gruppen SU(3) für die starke Kraft und SU(2)×U(1) für elektromagnetisch-schwache Prozesse beschrieben. Der Massenzustand der Elementarteilchen wird durch das Higgsfeld eingeführt; der Higgsmechanismus verleiht den fundamentalen Feldern Masse. Das Modell beinhaltet das Higgs-Boson, dessen Existenz 2012 am Large Hadron Collider bestätigt wurde.

Experimentell ist das Standardmodell äußerst erfolgreich: Es erklärt eine Vielzahl von Messgrößen mit hoher Präzision, bestätigt die Quark- und Leptonenstruktur sowie deren Mischungen durch die CKM- und PMNS-Matrizen. Dennoch besitzt es Grenzen: Gravitation, Dunkle Materie und Dunkle Energie gehören nicht zum Modell; Neutrino-Massen erforderten Erweiterungen. Bedeutende Ansätze jenseits des Modells umfassen Supersymmetrie und Großes Einheitliches Theorien.