मानक मॉडल से परे भौतिकी

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Beyond the Standard Model
CMS Higgs-event.jpg
Simulated Large Hadron Collider CMS particle detector data depicting a Higgs boson produced by colliding protons decaying into hadron jets and electrons
Standard Model
Evidence
Theories
Supersymmetry
Quantum gravity
Experiments

मानक प्रारूप से अतिरिक्त भौतिकी में बीएसएम मानक प्रारूप की कमियों को स्पष्ट करने के लिए आवश्यक सैद्धांतिक विकास को संदर्भित करता है, जैसे मानक प्रारूप के मूलभूत मापदंडों की व्याख्या करने में असमर्थता, शक्तिशाली सीपी समस्या, न्यूट्रिनो दोलन, बेरोन विषमता या स्थिति- एंटीमैटर विषमता, और डार्क द्रव्य और डार्क ऊर्जा की प्रकृति को प्रदर्शित करता हैं।[1] इस प्रकार अन्य समस्या स्वयं मानक प्रारूप के क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के भीतर निहित है: मानक प्रारूप सामान्य सापेक्षता के साथ असंगत है, और या दोनों सिद्धांत कुछ शर्तों के अनुसार टूट जाते हैं, जैसे कि महा विस्फोट और ब्लैक होल घटना क्षितिज जैसी गुरुत्वीय विलक्षणता इत्यादि।

मानक प्रारूप से परे के सिद्धांतों में सुपरसिमेट्री के माध्यम से मानक प्रारूप के विभिन्न विस्तार सम्मिलित हैं, जैसे न्यूनतम सुपरसिमेट्रिक मानक प्रारूप (एमएसएसएम) और नेक्स्ट-टू-मिनिमल सुपरसिमेट्रिक स्टैंडर्ड प्रारूप (एनएमएसएसएम), और इस प्रकार पूर्ण रूप से नई व्याख्याएं, जैसे स्ट्रिंग सिद्धांत, एम-सिद्धांत, और अतिरिक्त आयाम इत्यादि, जैसा कि ये सिद्धांत वर्तमान घटनाओं की संपूर्णता को पुन: प्रस्तुत करते हैं, यह प्रश्न हैं कि कौन सा सिद्धांत सही है, या कम से कम हर चीज के सिद्धांत की ओर सबसे अच्छा चरण है, केवल प्रयोगों के माध्यम से तय किया जा सकता है, और सबसे सक्रिय क्षेत्रों में से है सैद्धांतिक भौतिकी और प्रयोगात्मक भौतिकी दोनों में अनुसंधान में निहित हैं।

मानक प्रारूप के साथ समस्याएं

कण भौतिकी का अब तक का सबसे सफल सिद्धांत होने के अतिरिक्त, मानक प्रारूप पूर्ण नहीं है।[2] सैद्धांतिक भौतिकविदों के प्रकाशित आउटपुट के बड़े हिस्से में मानक प्रारूप से अतिरिक्त नए भौतिकी प्रस्तावों के विभिन्न रूपों के प्रस्ताव सम्मिलित हैं जो मानक प्रारूप को वर्तमान डेटा के अनुरूप होने के लिए सूक्ष्म तरीके से संशोधित करेंगे, फिर भी गैर की भविष्यवाणी करने के लिए पर्याप्त रूप से इसकी कमियों को संबोधित करते हैं। इस प्रकार नए प्रयोगों के मानक प्रारूप परिणाम जिन्हें प्रस्तावित किया जा सकता है।

प्राथमिक कणों का मानक प्रारूप + काल्पनिक ग्रेविटॉन

घटना की व्याख्या नहीं की गई

मानक प्रारूप स्वाभाविक रूप से अधूरा सिद्धांत है। प्रकृति में मौलिक भौतिक घटनाएँ हैं जिनकी मानक प्रारूप पर्याप्त रूप से व्याख्या नहीं करती है:

  • [[गुरुत्वाकर्षण]]। मानक प्रारूप गुरुत्वाकर्षण की व्याख्या नहीं करता है। मानक प्रारूप में केवल गुरुत्वाकर्षण जोड़ने का दृष्टिकोण अन्य संशोधनों के बिना प्रयोगात्मक रूप से देखे गए को फिर से नहीं बनाता है, जैसा कि अभी तक अनदेखे मानक प्रारूप में नहीं है। इसके अतिरिक्त, मानक प्रारूप को व्यापक रूप से गुरुत्वाकर्षण के अब तक के सबसे सफल सिद्धांत, सामान्य सापेक्षता के साथ असंगत माना जाता है।[3]
  • डार्क द्रव्य में ब्रह्माण्ड संबंधी अवलोकन हमें बताते हैं कि मानक प्रारूप ब्रह्मांड में सम्मिलित द्रव्यमान-ऊर्जा के लगभग 5% की व्याख्या करता है। लगभग 26% डार्क मैटर होना चाहिए (शेष 69% डार्क एनर्जी होना चाहिए) जो अन्य पदार्थों के समान ही व्यवहार करेगा, किन्तु जो मानक प्रारूप क्षेत्रों के साथ केवल कमजोर (यदि बिल्कुल भी) प्रतिक्रिया करता है। फिर भी, मानक प्रारूप किसी भी मूलभूत कण की आपूर्ति नहीं करता है जो अच्छे डार्क मैटर उम्मीदवार उपलब्ध हैं।
  • काली ऊर्जा। जैसा कि उल्लेख किया गया है, ब्रह्मांड की शेष 69% ऊर्जा में तथाकथित डार्क एनर्जी, निर्वात के लिए निरंतर ऊर्जा घनत्व सम्मिलित होना चाहिए। मानक प्रारूप की निर्वात ऊर्जा के संदर्भ में डार्क एनर्जी की व्याख्या करने का प्रयास परिमाण के 120 आदेशों के बेमेल होने का कारण बनता है।[4]
  • न्युट्रीनो द्रव्यमान के मानक प्रारूप के अनुसार, न्यूट्रिनो द्रव्यमान रहित कण होते हैं। चूंकि, न्यूट्रिनो दोलन के प्रयोगों से पता चला है कि न्यूट्रिनो में द्रव्यमान होता है। न्यूट्रिनो के लिए द्रव्यमान शब्द हाथ से मानक प्रारूप में जोड़े जा सकते हैं, किन्तु ये नई सैद्धांतिक समस्याओं को जन्म देते हैं। उदाहरण के लिए, द्रव्यमान शब्दों को असाधारण रूप से छोटा होना चाहिए और यह स्पष्ट नहीं है कि न्यूट्रिनो द्रव्यमान उसी तरह उत्पन्न होंगे जैसे कि अन्य मौलिक कणों के द्रव्यमान मानक प्रारूप में होते हैं।
  • बेरियन विषमता या पदार्थ-प्रतिपदार्थ विषमता के अनुसार ब्रह्मांड अधिकांशतः पदार्थ से बना है। चूंकि, मानक प्रारूप भविष्यवाणी करता है कि पदार्थ और एंटीमैटर को (लगभग) समान मात्रा में बनाया जाना चाहिए था यदि ब्रह्मांड की प्रारंभिक स्थितियों में एंटीमैटर के सापेक्ष असंगत पदार्थ सम्मिलित नहीं थे। फिर भी, इस विषमता को पर्याप्त रूप से समझाने के लिए मानक प्रारूप में कोई तंत्र नहीं है।

प्रायोगिक परिणाम स्पष्ट नहीं किए गए

किसी भी प्रायोगिक परिणाम को निश्चित रूप से मानक प्रारूप σ स्तर के विपरीत 5 के रूप में स्वीकार नहीं किया जाता है,[5] इस प्रकार व्यापक रूप से कण भौतिकी में खोज की दहलीज माना जाता है। क्योंकि हर प्रयोग में कुछ सीमा तक सांख्यिकीय और प्रणालीगत अनिश्चितता होती है, और सैद्धांतिक भविष्यवाणियों की भी लगभग कभी भी सटीक गणना नहीं की जाती है और मानक प्रारूप के मौलिक स्थिरांक (जिनमें से कुछ छोटे हैं और जिनमें से अन्य पर्याप्त हैं) के मापन में अनिश्चितताओं के अधीन हैं।) यह उम्मीद की जानी चाहिए कि मानक प्रारूप के सैकड़ों प्रायोगिक परीक्षणों में से कुछ इससे कुछ हद तक विचलित होंगे, भले ही कोई नई भौतिकी खोजी न गई हो।

किसी भी समय कई प्रयोगात्मक परिणाम खड़े होते हैं जो मानक प्रारूप-आधारित भविष्यवाणी से महत्वपूर्ण रूप से भिन्न होते हैं। इस प्रकार भविष्य में इनमें से कई विसंगतियां सांख्यिकीय अस्थायी या प्रायोगिक त्रुटियों के रूप में पाई गई हैं जो अधिक डेटा एकत्र किए जाने पर गायब हो जाती हैं, या जब वही प्रयोग अधिक सावधानी से किए जाते हैं। इस प्रकार दूसरी ओर, मानक प्रारूप से परे कोई भी भौतिकी आवश्यक रूप से पहले प्रयोगों में प्रयोग और सैद्धांतिक भविष्यवाणी के बीच सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण अंतर के रूप में दिखाई देगी। कार्य यह निर्धारित करना है कि स्थिति क्या है।

प्रत्येक स्थिति में, भौतिक विज्ञानी यह निर्धारित करने की कोशिश करते हैं कि क्या परिणाम केवल सांख्यिकीय अस्थायी या प्रयोगात्मक त्रुटि है, या दूसरी ओर नए भौतिकी का संकेत है। अधिक सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण परिणाम केवल सांख्यिकीय अस्थायी नहीं हो सकते हैं किन्तु फिर भी प्रयोगात्मक त्रुटि या प्रयोगात्मक सटीकता के गलत अनुमानों का परिणाम हो सकते हैं। इस प्रकार अधिकांशतः प्रयोगों को प्रयोगात्मक परिणामों के प्रति अधिक संवेदनशील बनाने के लिए तैयार किया जाता है जो मानक प्रारूप को सैद्धांतिक विकल्पों से अलग करते हैं।

सबसे उल्लेखनीय उदाहरणों में से कुछ में निम्नलिखित सम्मिलित हैं:

  • म्यूऑन का विषम चुंबकीय द्विध्रुव आघूर्ण - म्यूऑन के विषम चुंबकीय द्विध्रुव आघूर्ण का प्रयोगात्मक रूप से मापा गया मान (म्यूऑन "g − 2") मानक प्रारूप की भविष्यवाणी से अधिक अलग है।[6][7] 4.2 के मानक विचलन σ के साथ फर्मीलैब के मौन जी-2 प्रयोग के प्रारंभिक परिणाम नई भौतिकी के साक्ष्य को शक्तिशाली करते हैं।[8]
  • बी मेसन क्षय आदि - बी मेसन प्रयोग के परिणाम प्रकार के कण क्षय के मानक प्रारूप की भविष्यवाणियों पर अधिशेष का सुझाव दे सकते हैं ( B  →  D(*)  τ−  ντ ). इसमें इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन टकराते हैं, जिसके परिणामस्वरूप बी मेसॉन और एंटीमैटर बनता है B मेसन, जो बाद में डी मेसन और लेपटन चार्ज के साथ-साथ टाऊ एंटीन्यूट्रिनो में क्षय हो जाता है। जबकि अतिरिक्त की निश्चितता का स्तर (3.4σ सांख्यिकीय शब्दजाल में) मानक प्रारूप से विराम की घोषणा करने के लिए पर्याप्त नहीं है, इस प्रकार इसके परिणाम में त्रुटि होने का संभावित संकेत हैं और इस प्रकार वर्तमान सिद्धांतों को प्रभावित करने की संभावना है, जिसमें हिग्स बोसोन के गुणों को कम करने का प्रयास भी सम्मिलित है।[9] 2015 में, एलएचसी-बी ने 2.1 अवलोकन करने की सूचना दी σ शाखाओं वाले अंशों के समान अनुपात में अधिकता पायी जाती हैं।[10] इस प्रकार बेले प्रयोग ने भी अधिकता की सूचना दी गई थी।[11] 2017 में सभी उपलब्ध आंकड़ों के मेटा विश्लेषण ने 5 की सूचना दी σ एसएम से विचलन पर आधारित हैं।[12]
  • W और Z बोसोन 2022 का द्रव्यमान माप - सीडीएफ सहयोग से परिणाम, अप्रैल 2022 में रिपोर्ट किया गया था, यह दर्शाता है कि W बोसॉन का द्रव्यमान 7 के महत्व के साथ मानक प्रारूप द्वारा अनुमानित द्रव्यमान से अधिक हैσ.[13]

सैद्धांतिक भविष्यवाणियां नहीं देखी गईं

मानक प्रारूप द्वारा भविष्यवाणी की गई सभी मौलिक कणों के कण कोलाइडर पर अवलोकन की पुष्टि की गई है। हिग्स तंत्र के मानक प्रारूप की व्याख्या द्वारा हिग्स बॉसन की भविष्यवाणी की जाती है, जो बताता है कि कमजोर एसयू (2) गेज समरूपता कैसे टूट जाती है और मौलिक कण द्रव्यमान कैसे प्राप्त करते हैं, यह मानक प्रारूप द्वारा प्रेक्षित किया जाने वाला अंतिम कण था। 4 जुलाई, 2012 को सर्न के वैज्ञानिकों ने लार्ज हैड्रान कोलाइडर का उपयोग करते हुए हिग्स बोसोन के अनुरूप कण की खोज की घोषणा की, जिसका द्रव्यमान लगभग 126 GeV/c2 रहता हैं। इस प्रकार 14 मार्च, 2013 को हिग्स बोसोन के अस्तित्व की पुष्टि की गई थी, चूंकि यह पुष्टि करने के प्रयास किए जा रहे हैं कि इसमें मानक प्रारूप द्वारा अनुमानित सभी गुण हैं।[14] कुछ हैड्रान (अर्थात क्वार्क से बने मिश्रित कण) जिनके अस्तित्व की भविष्यवाणी मानक प्रारूप द्वारा की जाती है, जो बहुत कम आवृत्तियों में बहुत उच्च ऊर्जा पर ही उत्पादित किए जा सकते हैं, अभी तक निश्चित रूप से नहीं देखे गए हैं, और गोंदबॉल [15] (अर्थात ग्लून्स से बने मिश्रित कण) भी अभी तक निश्चित रूप से नहीं देखे गए हैं। मानक प्रारूप द्वारा अनुमानित कुछ बहुत कम आवृत्ति वाले कण क्षय भी अभी तक निश्चित रूप से नहीं देखे गए हैं क्योंकि सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण अवलोकन करने के लिए अपर्याप्त डेटा उपलब्ध है।

अस्पष्टीकृत संबंध

  • कोएदे सूत्र - योशियो द्वारा टिप्पणी की गई अस्पष्टीकृत अनुभवजन्य संबंध 1981 में, और बाद में दूसरों द्वारा किया गया था।[16][17][18][19] यह तीन चार्ज किए गए लेप्टानों के द्रव्यमान से संबंधित है:
  • मानक प्रारूप लेप्टान द्रव्यमान की भविष्यवाणी नहीं करता है (वे सिद्धांत के मुक्त पैरामीटर हैं)। चूंकि, मापे गए लिप्टन द्रव्यमान की प्रयोगात्मक त्रुटियों के भीतर कोएड सूत्र का मान 2/3 के बराबर होना ऐसे सिद्धांत के अस्तित्व का सुझाव देता है जो लेप्टान द्रव्यमान की भविष्यवाणी करने में सक्षम है।
  • कैबिबो-कोबायाशी-मास्कवा_आव्यूह, यदि 3-आयामी वेक्टर अंतरिक्ष में रोटेशन आव्यूह के रूप में व्याख्या की जाती है, तो डाउन-टाइप क्वार्क द्रव्यमान के वर्गमूलों से बने वेक्टर को घुमाता है। अप-टाइप क्वार्क द्रव्यमान के वर्गमूलों के सदिश में , सदिश लंबाई तक, कोहो निशिदा के कारण परिणाम।[20]
  • सभी मानक प्रारूप फ़र्मियन के युकावा संयुग्म के वर्गों का योग लगभग 0.984 है, जो 1 के बहुत समीप है।
  • बोसोन द्रव्यमान (अर्थात, W, Z, और हिग्स बोसोन) के वर्गों का योग भी वर्ग हिग्स वैक्यूम अपेक्षा मूल्य के आधे के बहुत समीप है, अनुपात लगभग 1.004 है।
  • परिणाम स्वरुप , सभी मानक प्रारूप कणों के वर्ग द्रव्यमान का योग वर्ग हिग्स वैक्यूम अपेक्षा मान के बहुत समीप है, अनुपात लगभग 0.994 है।

यह स्पष्ट नहीं है कि क्या ये अनुभवजन्य संबंध किसी अंतर्निहित भौतिकी का प्रतिनिधित्व करते हैं, कोएदे के अनुसार, उन्होंने जो नियम खोजा वह आकस्मिक संयोग हो सकता है।[21]

सैद्धांतिक समस्याएं

मानक प्रारूप की कुछ विशेषताओं को तदर्थ तरीके से जोड़ा जाता है। ये प्रति समस्या नहीं हैं (अर्थात सिद्धांत इन तदर्थ सुविधाओं के साथ ठीक काम करता है), किन्तु वे समझ की कमी का संकेत देते हैं। इन तदर्थ विशेषताओं ने सिद्धांतकारों को कम मापदंडों के साथ अधिक मौलिक सिद्धांतों की खोज करने के लिए प्रेरित किया है। कुछ तदर्थ विशेषताएं हैं:

  • पदानुक्रम समस्या - मानक प्रारूप हिग्स तंत्र क्षेत्र के कारण होने वाली सहज समरूपता तोड़ने वाली प्रक्रिया के माध्यम से कण द्रव्यमान का परिचय देता है। मानक प्रारूप के भीतर, आभासी कण (अधिकांशतः आभासी शीर्ष क्वार्क) की उपस्थिति के कारण हिग्स के द्रव्यमान में कुछ बहुत बड़ी मात्रा में सुधार होता है। इस प्रकार ये सुधार हिग्स के वास्तविक द्रव्यमान से बहुत अधिक हैं। इसका अर्थ यह है कि मानक प्रारूप में हिग्स के नंगे द्रव्यमान पैरामीटर को फाइन-ट्यूनिंग (भौतिकी)भौतिकी) इस तरह से होना चाहिए जो क्वांटम सुधार को लगभग पूर्ण रूप से निरस्त कर दे।[22] इस प्रकार कई सिद्धांतकारों द्वारा फाइन-ट्यूनिंग के इस स्तर को स्वाभाविकता (भौतिकी) माना जाता है।
  • पैरामीटर की संख्या – मानक प्रारूप 19 संख्यात्मक पैरामीटर पर निर्भर करता है। उनके मूल्यों को प्रयोग से जाना जाता है, किन्तु मूल्यों की उत्पत्ति अज्ञात है। कुछ सिद्धांतकार ने विभिन्न मापदंडों के बीच संबंधों को खोजने का प्रयास किया है, उदाहरण के लिए, विभिन्न पीढ़ी (भौतिकी) में अस्पष्टीकृत संबंध या कण द्रव्यमान की गणना करना, जैसे भौतिकी में स्पर्शोन्मुख रूप से सुरक्षित गुरुत्वाकर्षण के अनुप्रयोग हिग्स बोसॉन परिदृश्यों का द्रव्यमान निहित हैं।
  • क्वांटम तुच्छता - सुझाव देता है कि प्रारंभिक स्केलर हिग्स कणों को सम्मिलित करते हुए सुसंगत क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत बनाना संभव नहीं हो सकता है। इसे कभी-कभी लैंडौ पोल समस्या कहा जाता है।[23] * शक्तिशाली सीपी समस्या - सैद्धांतिक रूप से यह तर्क दिया जा सकता है कि मानक प्रारूप में शब्द होना चाहिए जो सीपी समरूपता को तोड़ता है - एंटीमैटर से संबंधित पदार्थ - शक्तिशाली बातचीत क्षेत्र में। प्रायोगिक तौर पर, चूंकि, ऐसा कोई उल्लंघन नहीं पाया गया है, जिसका अर्थ है कि इस शब्द का गुणांक शून्य के बहुत समीप है।[24]

अतिरिक्त प्रयोगात्मक परिणाम

ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक, एलआईजीओ ध्वनि और पल्सर टाइमिंग पर प्रायोगिक डेटा से शोध से पता चलता है कि यह बहुत कम संभावना है कि मानक प्रारूप या लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में पाए जाने वाले द्रव्यमान की तुलना में बहुत अधिक द्रव्यमान वाला कोई नया कण हो।[25][26][27] चूंकि, इस शोध ने यह भी संकेत दिया है कि क्वांटम गुरुत्वाकर्षण या विचलित करने वाला क्वांटम क्षेत्र के सिद्धांत 1 PeV से पहले शक्ति से युग्मित हो जाएगी, जिससे TeVs में अन्य नए भौतिकी का मार्ग प्रशस्त होगा।[25]

भव्य एकीकृत सिद्धांत

Main article: ग्रैंड यूनिफाइड सिद्धांत

मानक प्रारूप में तीन गेज समरूपता है, रंग प्रभारी एसयू(3), कमजोर आइसोस्पिन एसयू(2), और कमजोर हाइपरचार्ज यू(1) समरूपता, तीन मौलिक बलों के अनुरूप किया गया हैं। पुनर्सामान्यीकरण के कारण इनमें से प्रत्येक समरूपता के युग्मन स्थिरांक उस ऊर्जा के साथ भिन्न होते हैं जिस पर उन्हें मापा जाता है। इस प्रकार इसके समीप 1016 GeV ये संयुग्म लगभग बराबर हो जाते हैं। इसने अनुमान लगाया है कि इस ऊर्जा के ऊपर मानक प्रारूप के तीन गेज समरूपता एकल गेज समरूपता में साधारण समूह गेज समूह के साथ एकीकृत हैं, और केवल युग्मन स्थिरांक है। इस ऊर्जा के नीचे समरूपता सहज समरूपता है जो मानक प्रारूप समरूपता को तोड़ती है।[28] इस प्रकार एकीकृत समूह के लिए लोकप्रिय विकल्प पाँच आयामों SU(5) में विशेष एकात्मक समूह और दस आयामों SO(10) में विशेष ऑर्थोगोनल समूह हैं।[29]

इस प्रकार मानक प्रारूप समरूपता को एकीकृत करने वाले सिद्धांतों को ग्रैंड यूनिफाइड सिद्धांत (या जीयूटी) कहा जाता है, और जिस ऊर्जा पैमाने पर एकीकृत समरूपता टूट जाती है उसे जीयूटी स्केल कहा जाता है। सामान्यतः, भव्य एकीकृत सिद्धांत प्रारंभिक ब्रह्मांड में चुंबकीय एकध्रुव के निर्माण और प्रोटॉन की अस्थिरता की भविष्यवाणी करते हैं।[30][31] इनमें से कोई भी नहीं देखा गया है, और अवलोकन की यह अनुपस्थिति संभावित जीयूटी पर सीमाएं लगाती है।

सुपरसिममेट्री

Main article: सुपरसिमेट्री

लैग्रैंगियन (क्षेत्र सिद्धांत) में समरूपता के अन्य वर्ग को जोड़कर सुपरसममिति मानक प्रारूप का विस्तार करती है। इस प्रकार ये समरूपता बोसोनिक वाले फर्मीओनिक कणों का आदान-प्रदान करती हैं। इस तरह की समरूपता सुपरसिमेट्रिक कणों के अस्तित्व की भविष्यवाणी करती है, जिसे सुपरपार्टनर के रूप में संक्षिप्त किया जाता है, जिसमें स्लीपन, स्क्वार्क, न्यूट्रलिनो और चार्जिनों सम्मिलित हैं। मानक प्रारूप के प्रत्येक कण में सुपरपार्टनर होगा जिसका स्पिन (भौतिकी) सामान्य कण से 1/2 भिन्न होता है। सुपरसिमेट्री तोड़ना के कारण, स्पार्टिकल्स अपने सामान्य समकक्षों की तुलना में बहुत अधिक भारी होते हैं, वे इतने भारी होते हैं कि धारा कण कोलाइडर उन्हें उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली नहीं हो सकते हैं।

न्यूट्रिनो

मानक प्रारूप में, न्यूट्रिनो का द्रव्यमान बिल्कुल शून्य होता है। यह मानक प्रारूप का परिणाम है जिसमें केवल चिरायता (भौतिकी) या बाएं हाथ के न्यूट्रिनो सम्मिलित हैं। कोई उपयुक्त दाएँ हाथ का साथी नहीं होने के कारण, मानक प्रारूप में पुनर्सामान्यीकरण योग्य द्रव्यमान शब्द जोड़ना असंभव है।[32] मापों ने चूंकि संकेत दिया कि न्यूट्रिनो न्यूट्रिनो दोलन, जिसका तात्पर्य है कि न्यूट्रिनो में द्रव्यमान होता है। ये माप केवल विभिन्न स्वादों के बीच बड़े पैमाने पर अंतर देते हैं। न्यूट्रिनो के पूर्ण द्रव्यमान पर सबसे अच्छा अवरोध ट्रिटियम क्षय के सटीक माप से आता है, जो ऊपरी सीमा 2 eV प्रदान करता है, जो उन्हें मानक प्रारूप में अन्य कणों की तुलना में परिमाण के कम से कम पांच ऑर्डर हल्का बनाता है।[33] यह मानक प्रारूप के विस्तार की आवश्यकता है, जिसे न केवल यह समझाने की आवश्यकता है कि न्यूट्रिनो अपना द्रव्यमान कैसे प्राप्त करते हैं, बल्कि यह भी कि द्रव्यमान इतना छोटा क्यों है।[34]

न्यूट्रिनो में द्रव्यमान जोड़ने का तरीका, तथाकथित झूला तंत्र, दाएं हाथ के न्यूट्रिनो को जोड़ना है और इन जोड़े को बाएं हाथ के न्यूट्रिनो में डायराक द्रव्यमान शब्द के साथ रखना है। दाएं हाथ के न्यूट्रिनो को बाँझ न्यूट्रिनो होना चाहिए, जिसका अर्थ है कि वे किसी भी मानक प्रारूप इंटरैक्शन में भाग नहीं लेते हैं। क्योंकि उनके पास कोई शुल्क नहीं है, दाएं हाथ के न्यूट्रिनो अपने स्वयं के विरोधी कणों के रूप में कार्य कर सकते हैं, और मेजराना मैक्स शब्द है। मानक प्रारूप में अन्य डिराक द्रव्यमानों की तरह, न्यूट्रिनो डिराक द्रव्यमान हिग्स तंत्र के माध्यम से उत्पन्न होने की उम्मीद है, और इसलिए यह अप्रत्याशित है। मानक प्रारूप फ़र्मियन द्रव्यमान परिमाण के कई क्रमों से भिन्न होता है, डायराक न्यूट्रिनो द्रव्यमान में कम से कम उतनी ही अनिश्चितता होती है। इस प्रकार दूसरी ओर, दाएं हाथ के न्यूट्रिनो के लिए मेजराना द्रव्यमान हिग्स तंत्र से उत्पन्न नहीं होता है, और इसलिए मानक प्रारूप से परे नई भौतिकी के कुछ ऊर्जा पैमाने से बंधा होने की उम्मीद है, उदाहरण के लिए प्लैंक स्केल इत्यादि।[35] इसलिए, दाएं हाथ के न्यूट्रिनो से जुड़ी कोई भी प्रक्रिया कम ऊर्जा पर दबा दी जाएगी। इस प्रकार इन दमित प्रक्रियाओं के कारण सुधार प्रभावी रूप से बाएं हाथ के न्यूट्रिनो को द्रव्यमान देता है जो दाएं हाथ के मेजराना द्रव्यमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है, तंत्र जिसे सी-सॉ के रूप में जाना जाता है।[36] भारी दाएं हाथ के न्यूट्रिनो की उपस्थिति इस प्रकार बाएं हाथ के न्यूट्रिनो के छोटे द्रव्यमान और प्रेक्षणों में दाएं हाथ के न्यूट्रिनो की अनुपस्थिति दोनों की व्याख्या करती है।

चूंकि, डायराक न्यूट्रिनो द्रव्यमान में अनिश्चितता के कारण, दाएं हाथ के न्यूट्रिनो द्रव्यमान कहीं भी स्थित हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, वे केवी के समान हल्के हो सकते हैं और डार्क मैटर हो सकते हैं,[37] एलएचसी ऊर्जा रेंज में उनका द्रव्यमान हो सकता है[38][39] और देखने योग्य लेप्टान संख्या उल्लंघन का कारण बनता है,[40] या वे जीयूटी पैमाने के पास हो सकते हैं, दाएं हाथ के न्यूट्रिनो को भव्य एकीकृत सिद्धांत की संभावना से जोड़ते हैं।[41][42]

द्रव्यमान शब्द विभिन्न पीढ़ियों के न्यूट्रिनो को मिलाते हैं। इस मिश्रण को पीएमएनएस आव्यूह द्वारा परिचालित किया जाता है, जो सीकेएम आव्यूह का न्यूट्रिनो एनालॉग है। क्वार्क मिश्रण के विपरीत, जो लगभग न्यूनतम है, न्यूट्रिनो का मिश्रण लगभग अधिकतम प्रतीत होता है। इस प्रकार इसने विभिन्न पीढ़ियों के बीच समरूपता की विभिन्न अटकलों को जन्म दिया है जो मिश्रण पैटर्न की व्याख्या कर सकता है।[43] मिक्सिंग आव्यूह में कई जटिल चरण भी हो सकते हैं जो सीपी इनवेरियन को तोड़ते हैं, चूंकि इनकी कोई प्रायोगिक जांच नहीं हुई है। ये चरण संभावित रूप से प्रारंभिक ब्रह्मांड में एंटी-लेप्टानों पर लेप्टानों का अधिशेष बना सकते हैं, प्रक्रिया जिसे लेप्टोजेनेसिस (भौतिकी) के रूप में जाना जाता है। इस विषमता को बाद के चरण में एंटी-बैरोन्स पर बेरोन्स की अधिकता में परिवर्तित किया जा सकता है, और ब्रह्मांड में पदार्थ-प्रतिपदार्थ विषमता की व्याख्या कर सकता है।[29]

प्रारंभिक ब्रह्मांड में बड़े पैमाने पर संरचना निर्माण के विचारों के कारण, प्रकाश न्यूट्रिनो को अंधेरे पदार्थ के अवलोकन के लिए स्पष्टीकरण के रूप में पसंद किया जाता है। इस प्रकार संरचना निर्माण के सतत अनुकरण से पता चलता है कि वे बहुत गर्म हैं- अर्थात उनकी गतिज ऊर्जा उनके द्रव्यमान की तुलना में बड़ी होती है - जबकि हमारे ब्रह्मांड में आकाशगंगाओं के समान संरचनाओं के निर्माण के लिए ठंडे काले पदार्थ की आवश्यकता होती है। सतत अनुकरण से पता चलता है कि न्यूट्रिनो विलुप्त डार्क मैटर के कुछ प्रतिशत की सबसे अच्छी व्याख्या कर सकते हैं। चूंकि भारी बाँझ दाएं हाथ के न्यूट्रिनो ठंडा डार्क मैटर के लिए संभावित उम्मीदवार हैं जो बड़े पैमाने पर कण को ​​​​कमजोर तरीके से प्रतिक्रिया करते हैं।[44]

प्रीऑन प्रारूप

इस तथ्य से संबंधित अनसुलझी समस्या का समाधान करने के लिए कई प्रीऑन प्रारूप प्रस्तावित किए गए हैं कि क्वार्क और लेप्टॉन की तीन पीढ़ियां हैं। इस प्रकार प्रीऑन प्रारूप सामान्यतः कुछ अतिरिक्त नए कणों को मानते हैं जो मानक प्रारूप के क्वार्क और लेप्टान बनाने के लिए संयोजन करने में सक्षम होने के लिए आगे पोस्ट किए जाते हैं। रिशोन प्रारूप सबसे प्रारंभिक प्रीऑन प्रारूप में से था।[45][46][47]

आज तक, कोई प्रीऑन प्रारूप व्यापक रूप से स्वीकृत या पूर्ण रूप से सत्यापित नहीं है।

थियोरी आफ एवरीथिंग

Main article: थियोरी आफ एवरीथिंग

सैद्धांतिक भौतिकी थियोरी आफ एवरीथिंग की ओर प्रयास करना जारी रखती है, ऐसा सिद्धांत जो सभी ज्ञात भौतिक घटनाओं को पूर्ण रूप से समझाता है और साथ जोड़ता है, और किसी भी प्रयोग के परिणाम की भविष्यवाणी करता है जिसे सिद्धांत रूप में किया जा सकता है।

व्यावहारिक रूप से इस संबंध में तत्काल लक्ष्य सिद्धांत विकसित करना है जो इस प्रकार क्वांटम गुरुत्व के सिद्धांत में मानक प्रारूप को सामान्य सापेक्षता के साथ एकीकृत करेगा। अतिरिक्त विशेषताएं, जैसे सिद्धांत में वैचारिक दोषों पर काबू पाने या कण द्रव्यमान की सटीक भविष्यवाणी, वांछित होगी।

इस प्रकार के सिद्धांत को साथ रखने में चुनौतियां सिर्फ वैचारिक नहीं हैं - इनमें विदेशी क्षेत्रों की जांच के लिए आवश्यक उच्च ऊर्जा के प्रायोगिक पहलू सम्मिलित हैं।

इस दिशा में कई उल्लेखनीय प्रयास सुपरसिमेट्री, पाश क्वांटम गुरुत्वाकर्षण और स्ट्रिंग सिद्धांत हैं।

सुपरसिममेट्री

Main article: सुपरसिमेट्री

लूप क्वांटम ग्रेविटी

Main article: पाश क्वांटम गुरुत्वाकर्षण

क्वांटम ग्रेविटी के सिद्धांत जैसे कि लूप क्वांटम ग्रेविटी और अन्य कुछ लोगों द्वारा क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत और सामान्य सापेक्षता के गणितीय एकीकरण के लिए उम्मीदवारों को आशाजनक माना जाता है, इस प्रकार जिसके लिए वर्तमान सिद्धांतों में कम कठोर परिवर्तन की आवश्यकता होती है।[48] चूंकि हाल के कार्य प्रकाश की गति पर क्वांटम गुरुत्व के कल्पित प्रभावों पर कठोर सीमाएँ रखते हैं, और क्वांटम गुरुत्व के कुछ वर्तमान प्रारूपों का विरोध करते हैं।[49]

स्ट्रिंग सिद्धांत

Main article: स्ट्रिंग सिद्धांत

इन अन्य मुद्दों को ठीक करने के प्रयास में मानक प्रारूप के विस्तार, संशोधन, प्रतिस्थापन और पुनर्गठन सम्मिलित हैं। स्ट्रिंग सिद्धांत ऐसा ही पुनर्आविष्कार है, और कई सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी सोचते हैं कि ऐसे सिद्धांत हर चीज के सच्चे सिद्धांत की ओर अगला सैद्धांतिक कदम हैं।[48] इस प्रकार स्ट्रिंग सिद्धांत के कई रूपों में, एम-थ्योरी, जिसका गणितीय अस्तित्व पहली बार 1995 में एडवर्ड विटन द्वारा स्ट्रिंग सम्मेलन में प्रस्तावित किया गया था, को कई लोगों द्वारा हर चीज का उचित सिद्धांत माना जाता है। टीओई विशेष रूप से भौतिक विज्ञानी ब्रायन ग्रीन और स्टीफन हॉकिंग द्वारा ज्ञात किया गया था। चूंकि पूर्ण गणितीय विवरण अभी तक ज्ञात नहीं है, सिद्धांत के समाधान विशिष्ट स्थितियों के लिए सम्मिलित हैं।[50] हाल के कार्यों ने वैकल्पिक स्ट्रिंग प्रारूप भी प्रस्तावित किए हैं, जिनमें से कुछ में एम-सिद्धांत की विभिन्न कठिन-से-परीक्षण सुविधाओं की कमी है (उदाहरण के लिए कैलाबी-यॉ मैनिफोल्ड्स का अस्तित्व, कई अतिरिक्त आयाम, आदि) जिसमें अच्छी तरह से प्रकाशित भौतिकविदों द्वारा काम सम्मिलित हैं जैसे लिसा रान्डेल के रूप में।[51][52]

यह भी देखें

संदर्भ

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