Model Standardowy odpowiada na wiele pytań dotyczących struktury i stabilności materii której budulcem są kwarki i leptony występujące w sześciu rodzajach i oddziaływujące ze sobą czterema rodzajami sił.
Jednak Model Standardowy nie jest kompletną teorią, ponieważ wciąż nie odpowiada on na wszystkie pytania dotyczące natury wszechświata.
Dlaczego są akurat trzy rodziny kwarków i leptonów ?
Czy kwarki i leptony są rzeczywiście elementarne, czy też składają się z jakichś bardziej fundamentalnych obiektów ?
Dlaczego Model Standardowy nie przewiduje wartości mas podstawowych fermionów (tj. kwarków i leptonów) ?
Dlaczego wszechświat zbudowany jest z materii, pomimo ze w mikroświecie tworzeniu nukleonów (składników jąder atomowych) z energii towarzyszy zawsze produkcja identycznej liczby anty-nukleonów? Czy obserwowana asymetria między materią i antymaterią zwana łamaniem parzystości CP jest wystarczająco duża aby objaśnić asymetrie budowy wszechświata?
W jaki sposób wbudować grawitację do Modelu Standardowego ? Nie wiemy na razie jak połączyć teorię kwantową z polem grawitacyjnym.
Wiemy, ze ilość materii we wszechświecie jest znacznie większa niż to co możemy zaobserwować poprzez rejestracje promieniowania elektromagnetycznego. Co stanowi niewidzialna, ciemną materię?
Czy istnieje pole Higgsa i przenoszące to pole bozony Higgsa nadające wszystkim cząstkom masę? Bez nich Model Standardowy musi ulec zmianie.
Nic dziwnego, iż od lat teoretycy wymyślają schematy ogólniejszej teorii, mimo że na razie obecna teoria sprawdza się.


W 2002 roku przeprowadzono eksperyment w Brookhaven, który po raz kolejny dał wynik nie zgadzający się obowiązującą teorią budowy materii. Czyżby teoria wymagała poprawki?

Ślady pozostawione przez zderzenia cząstek tworzą piękne obrazy, lecz dokładne ustalenie co się zdarzyło jest żmudnym badaniem

W 2002 roku w Brookhaven National Laboratory podczas pomiaru własności magnetyczne mionu - elementarnej cząstki materii, która jest nietrwałym, cięższym bratem elektronu. Miony są obdarzone momentem magnetycznym, podobnie jak kula ziemska albo igła kompasu. Posługując się aktualną teorią, Modelem Standardowym, można wyliczyć, z jaką siłą działa "wewnętrzny magnes" mionów. Już przed rokiem fizycy z Brookhaven twierdzili, że wyniki naszego eksperymentu przeczą teorii.
Wtedy jednak rozbieżność ze wskazaniami Modelu Standardowego nie była zbyt duża. Była też możliwość, że na wynikach zaważył rzadki błąd statystyczny, co zawsze może się zdarzyć.
Co więcej, pod koniec zeszłego roku odkryto matematyczny błąd w teoretycznych wyliczeniach momentu magnetycznego mionu. Po jego wyeliminowaniu wartości teoretyczna i eksperymentalna zbliżyły się do siebie.
Jednak na przełomie lipca i sierpnia 2002 zespół z Brookhaven ogłosił nowe, dokładniejsze wyniki eksperymentalne. Niemal równocześnie pokazały się też nowe oszacowania teoretyczne. Różnice zamiast zmniejszyć się powiększyły się.
Być może jest to odstępstwo od Modelu Standardowego. Możliwym wytłumaczeniem wyników eksperymentu byłoby istnienie nieznanych jeszcze cząstek elementarnych, które wpływają na inne niż oczekiwane zachowanie mionów w polu magnetycznym. Takie cząstki przewidują następne teorie budowy materii.


Fizycy tworzą nowe teorie, która pełniej i lepiej opisywałyby wszystkie oddziaływania. Może w końcu powstanie jedna teoria opisująca wszystkie siły łacznie z grawitacją. Taką teorię nazywamy Teorię Wielkiej Unifikacji lub inaczej Teorię Wszystkiego.


Najbardziej popularnym rozszerzeniem Modelu Standardowego jest dzisiaj tzw. teoria symetrii, która łączy ze sobą wszystkie siły (elektromagnetyczne, jądrowe słabe i silne) oprócz siły grawitacji.
Według Supersymetrii wszystkie znane dziś cząstki elementarne, z których składa się zarówno materia (fermiony), jak i kwanty promieniowania we Wszechświecie (bozony), mają swoje bliźniacze kopie (nie chodzi tu o antymaterię). Znane cząstki nie mają odpowiednich własności, by mogły być swoimi partnerami, czyli przewiduje się istnienie nowych cząstek. Model Standardowy ulega rozszerzeniu do Supersymetrycznego Modelu Standardowego. Postulowanych fermionowych partnerów nazywa się fotino, gluino, Wino, Zino, grawitino i higgsino. Bozonowym partnerom dodaje się "s" do ich nazwy: selektron, smion, sneutrino, skwark itp. Ale dotąd żadna z tych cząstek nie została odkryta.
Supersymetryczny Model Standardowy wymaga wprowadzenia co najmniej dwóch różnych pól Higgsa. Oddziaływania z tymi polami nadają masę klasycznym cząstkom opisywanych przez Model Standardowy oraz cząstkom superpartnerów. Dwóm polom Higgsa odpowiada pięć bozonów Higgsa, przy czym dwa z nich mają ładunek elektryczny, zaś trzy są go pozbawione.
Cała rodzina miała żyć zgodnie na samym początku Wszechświata, tuż po Wielkim Wybuchu, ale jej supersymetryczna połowa rozpadła się, gdyż Wszechświat się oziębił. Zresztą, kto wie, czy wszystkie supersymetryczne cząstki rozpadły się - być może te, które zostały, stanowią część tzw. ciemnej materii, której obecność przewidują astronomowie.
Sceptycy zauważają, że do tej pory nie wykryto jeszcze żadnej z supercząstek. Z kolei optymiści odpowiadają, że nie jest tak źle, bo połowę cząstek Wszechświata już znamy, a do odkrycia została już tylko połowa.
Czy supersymetria jest teorią prawdziwą okaże się, kiedy odkryjemy choć jedną supersymetryczną cząstkę. Według skomplikowanych obliczeń energia zderzeń w największych akceleratorach jest już na tyle duża, iż możliwe jest odkrycie najlżejszej z nich - chargino (bliźniacza cząstka bozonu W).

Widok w głąb budowanego w CERN akceleratora LHC

Teoria superstrun postuluje istnienie mikroskopijnej wielkości obiektów (wielkości 10^-33 cm, które można sobie wyobrazić na podobieństwo strun zwiniętych w pętle. Wirują, skręcają się i oscylują nie tylko w czterech znanych wymiarach (trzy przestrzenne i jeden czasowy), ale też w sześciu lub siedmiu dodatkowych, dla człowieka niewidocznych. Niekiedy struny wpadają w rezonans i dają czyste tony, które są właśnie przejawem wszystkich znanych sił i cząstek we Wszechświecie.
To pierwsza w dziejach teoria, która obiecuje syntezę wszystkich nam znanych praw fizyki. Czyżby to była tak bardzo poszukiwana "Teoria Wszystkiego". Teoria strun okazuje się piekielnie abstrakcyjna i złożona matematycznie, kiedy

Symulacja komputerowa torów cząstek w jednym z detektorów LHC

przychodzi do konkretnych obliczeń. Ale sama idea jest prosta i piękna. Może dlatego, że mówienie o strunach, podobnie jak o atomach, cząstkach i falach jest tylko sposobem wyobrażenia sobie pojęć abstrakcyjnych, których nigdy nie będziemy w stanie zobaczyć i bezpośrednio doświadczyć.
Dlaczego nowa teoria nie może się obejść bez dziesięciu wymiarów? Dlaczego tych wymiarów nie widzimy?
Uczeni tłumaczą, że podczas ewolucji Wszechświata niewidoczne dla nas wymiary musiały się skurczyć. Obecnie niewidoczne wymiary mają być zwinięte w rurki o średnicy miliardy raza mniejszej niż średnica jądra atomu.
Istnienie wielu wymiarów pozwala zaś wyjaśnić, dlaczego na co dzień widzimy tak różne przejawy drgania strun - cząstki materii, elektryczność grawitację, promieniotwórczość, ludzi, rośliny itp.
Czy opis Przyrody jako drgających strun i membran w 10 lub 11 wymiarach jest prawdziwy zdecydują przyszłe eksperymenty.
Właśnie takie pytania są motorem działań fizyków, którzy budują w CERN (Europejskie Laboratorium Fizyki Cząstek Elementarnych) nowy akcelerator LHC. To właśnie fizyka wysokich energii może dostarczyć kiedyś odpowiedzi na nie.

---