https://madrid.hostmaster.org/articles/physics_before_the_standard_model/fa.html
تا پایان قرن نوزدهم، به نظر می‌رسید که فیزیک تقریباً کامل شده است. قوانین حرکت و گرانش نیوتن بیش از دو قرن بدون چالش باقی مانده بودند. معادلات ماکسول برق و مغناطیس را در یک میدان الکترومغناطیسی واحد یکپارچه کردند. ترمودینامیک گرما، موتورها و آنتروپی را توضیح داد. یک فیزیکدان مطمئن در دهه 1890 می‌توانست باور کند که اصول بنیادی طبیعت اساساً شناخته شده‌اند و تنها جزئیات کوچکی برای تکمیل باقی مانده است.
این روحیه به‌طور معروف توسط لرد کلوین در سال 1900 خلاصه شد، که اعلام کرد فیزیک تقریباً به پایان رسیده است، به جز چند “ابر در افق”. به‌طور طنزآمیزی، آن ابرها طوفان‌هایی را به راه انداختند که فیزیک را برای همیشه دگرگون کردند.
قوانین حرکت و گرانش جهانی نیوتن به‌طور شگفت‌انگیزی قدرتمند بودند. آنها سقوط یک سیب و مدار ماه را با یک فرمول توضیح می‌دادند. بازگشت دنباله‌دار هالی را پیش‌بینی کردند، ناوبری سیاره‌ای را هدایت کردند و نسل‌هایی از دانشمندان را الهام بخشیدند.
اما همه چیز کاملاً مناسب نبود. مدار عطارد، نزدیک‌ترین سیاره به خورشید، پیش‌روی می‌کرد - نقطه نزدیک‌ترین آن به خورشید با هر چرخش کمی جابه‌جا می‌شد. بیشتر این موضوع را می‌توان با مکانیک نیوتنی و کشش گرانشی سایر سیارات توضیح داد. با این حال، 43 ثانیه قوسی اضافی در هر قرن بدون توضیح باقی ماند. برخی پیشنهاد کردند که یک سیاره نادیده، “ولکان”، برای توضیح این موضوع وجود دارد. اما تلسکوپ‌ها هرگز چنین جهانی را نیافتند.
این اختلاف کوچک به راحتی نادیده گرفته می‌شد، اما یکی از ابرهای کلوین در لباس مبدل بود: یک ناهنجاری کوچک که به نقص عمیق‌تری در تصویر لحظه‌ای و مطلق گرانش نیوتن اشاره داشت - زمزمه‌ای زودهنگام از فضای-زمان خمیده.
ابر دیگری در دنیای گرما و نور در حال شکل‌گیری بود. یک جسم سیاه - جسمی ایده‌آل که تمام تابش را جذب و دوباره منتشر می‌کند - با طیف مشخصی بسته به دمای خود می‌درخشد. فیزیک کلاسیک پیش‌بینی می‌کرد که در فرکانس‌های بالا، تابش منتشر شده بدون محدودیت افزایش می‌یابد، که منجر به به اصطلاح “فاجعه فرابنفش” می‌شود. به عبارت دیگر، یک اجاق داغ باید با انرژی بی‌نهایت در نور فرابنفش بدرخشد - که به وضوح پوچ است.
آزمایش‌ها نشان دادند که جسم‌های سیاه واقعی طیف‌های محدود و به‌خوبی تعریف‌شده‌ای منتشر می‌کنند. شکست فیزیک کلاسیک در اینجا آشکار بود و بدون اصول جدید قابل رفع نبود.
ماکس پلانک بود که در سال 1900 با اکراه راه‌حلی جسورانه پیشنهاد داد: انرژی پیوسته نیست، بلکه در بسته‌های گسسته‌ای به نام کوانتا می‌آید. او بعداً تأمل کرد: “باید به نوعی ناامیدی، عملی از سر ناامیدی متوسل می‌شدم.” این ایده رادیکال نقطه تولد نظریه کوانتومی بود، اگرچه خود پلانک آن را به‌عنوان یک ترفند می‌دید، نه هنوز یک انقلاب. ابر دیگری تاریک شد و منتظر انفجار بود.
در سال 1905، آلبرت اینشتین ضربه کوانتومی به فیزیک کلاسیک را عمیق‌تر کرد. نور، که مدت‌ها به‌عنوان موج شناخته شده بود، می‌توانست مانند یک ذره رفتار کند. در اثر فوتوالکتریک، تاباندن نور به یک فلز باعث پرتاب الکترون‌ها می‌شود. نظریه کلاسیک می‌گفت که انرژی الکترون‌های پرتاب‌شده باید به شدت نور بستگی داشته باشد. اما آزمایش‌ها نشان دادند که این به فرکانس بستگی دارد. تنها نوری با فرکانس بالاتر از یک آستانه - صرف‌نظر از روشنایی - می‌توانست الکترون‌ها را آزاد کند.
اینشتین این را با پیشنهاد اینکه نور در بسته‌های انرژی می‌آید، که بعداً فوتون نامیده شدند، توضیح داد. او نوشت: “به نظر می‌رسد که کوانتاهای نور باید به معنای واقعی کلمه در نظر گرفته شوند.”
این بازگشت تکان‌دهنده‌ای به دیدگاه ذره‌ای نور بود و برای او جایزه نوبل را به ارمغان آورد. مهم‌تر از آن، نشان داد که دوگانگی موج-ذره نه یک کنجکاوی، بلکه یک اصل بنیادی بود. ابر دیگری به صاعقه درخشید.
در اوایل قرن بیستم، اتم‌ها به‌عنوان واقعی پذیرفته شده بودند، اما ساختار آنها مرموز بود. مدل “پودینگ آلو” جی.جی. تامسون الکترون‌ها را در یک بار مثبت پراکنده تصور می‌کرد. اما در سال 1911، آزمایش ورقه طلا ارنست رادرفورد این تصویر را درهم شکست. با شلیک ذرات آلفا به ورقه طلای نازک، او دریافت که بیشتر آنها عبور کردند، اما تعداد کمی در زوایای تند پراکنده شدند - “گویی یک گلوله 15 اینچی را به یک ورق کاغذ دستمال شلیک کرده‌اید و آن به عقب برگشته است،” رادرفورد اظهار کرد.
نتیجه‌گیری: اتم‌ها دارای یک هسته کوچک و متراکم هستند که توسط فضای عمدتاً خالی احاطه شده است. اما چرا الکترون‌های مداری به سمت هسته مارپیچ نمی‌شدند و انرژی خود را تابش نمی‌کردند؟ الکترودینامیک کلاسیک پاسخی نداشت. پایداری اتم یک راز بود - یکی دیگر از ابرهای کلوین که به طوفان تبدیل می‌شد.
تا سال 1910، شکاف‌ها بیش از حد بزرگ بودند که بتوان آنها را نادیده گرفت. فیزیک کلاسیک نمی‌توانست توضیح دهد:
آنچه به نظر می‌رسید ناهنجاری‌های جزئی بودند، علائم شکست‌های عمیق‌تر بودند. در عرض دو دهه، آنها به دو انقلاب منجر شدند: نسبیت عام برای توضیح گرانش و هندسه فضای-زمان، و مکانیک کوانتومی برای توضیح دنیای میکروسکوپی.
فیزیک به هیچ وجه تمام نشده بود. تازه شروع به کشف ساختار عجیب و لایه‌لایه واقعیت کرده بود.
در اوایل قرن بیستم، شکاف‌های فیزیک کلاسیک به حفره‌های باز تبدیل شده بودند. تابش جسم سیاه، اثر فوتوالکتریک، ساختار اتمی - هیچ‌کدام را نمی‌توان با مکانیک نیوتن یا الکترومغناطیس ماکسول توضیح داد. فیزیکدانان مجبور به پذیرش مجموعه‌ای از ایده‌های جسورانه‌تر شدند. آنچه پدید آمد، اصلاح جزئی نبود، بلکه بازاندیشی کامل واقعیت بود: مکانیک کوانتومی.
در سال 1900، ماکس پلانک در تلاش برای حل مشکل جسم سیاه بود. فیزیک کلاسیک تابش بی‌نهایت را در فرکانس‌های بالا پیش‌بینی می‌کرد - “فاجعه فرابنفش”. از سر استیصال، پلانک یک ترفند ریاضی جسورانه معرفی کرد: فرض کنید انرژی پیوسته نیست، بلکه در بسته‌های گسسته‌ای منتشر می‌شود که با فرکانس متناسب است:
\[ E = h\nu \]
تفسیر به زبان ساده: یک پرتو نور با فرکانس \(\nu\) تنها می‌تواند انرژی را در تکه‌هایی به اندازه \(h\nu\) مبادله کند؛ نور با فرکانس بالاتر تکه‌های بزرگ‌تری از انرژی را حمل می‌کند.
خود پلانک این را به‌عنوان یک راه‌حل عمل‌گرایانه می‌دید، نه یک تغییر رادیکال. اما این اولین شکاف در دیوار پیوستگی بود که قرن‌ها فیزیک را تعریف کرده بود.
پنج سال بعد، اینشتین ایده پلانک را جدی گرفت. برای توضیح اثر فوتوالکتریک، او پیشنهاد کرد که نور خود از کوانتاها تشکیل شده است - که بعداً فوتون نامیده شدند.
این تکان‌دهنده بود. نور از زمان آزمایش دو شکاف یانگ یک قرن پیش به‌عنوان موج شناخته شده بود. اما اینشتین نشان داد که می‌تواند به‌عنوان یک ذره نیز رفتار کند. دوگانگی موج-ذره متولد شد.
اثر فوتوالکتریک جایزه نوبل را در سال 1921 برای اینشتین به ارمغان آورد و اولین پیروزی قاطع دیدگاه کوانتومی را رقم زد - ابر دیگری که به طوفان تبدیل شد.
ساختار اتم همچنان یک معما بود. رادرفورد نشان داده بود که هسته وجود دارد، اما چرا الکترون‌های مداری به سمت داخل مارپیچ نمی‌شدند؟
در سال 1913، نیلز بور راه‌حل جسورانه‌ای پیشنهاد کرد: الکترون‌ها تنها مدارهای گسسته خاصی را اشغال می‌کنند و می‌توانند با انتشار یا جذب کوانتاهای نور بین آنها جهش کنند. مدل او خطوط طیفی هیدروژن را با دقتی شگفت‌انگیز توضیح داد.
اتم بور ترکیبی ناآرام از مدارهای کلاسیک و قوانین کوانتومی بود، اما کار کرد. این سرنخی بود که کوانتیزه کردن فقط یک ترفند نبود - یک اصل بنیادی بود. بور شوخی کرد: “هرکسی که از نظریه کوانتومی شوکه نشده، آن را نفهمیده است.” شوک، برای بور، نشانه‌ای بود که شما توجه می‌کنید.
در سال 1924، لوئی دو بروی دوگانگی را برعکس کرد. اگر امواج نور می‌توانستند مانند ذرات رفتار کنند، شاید ذرات هم بتوانند مانند امواج رفتار کنند. او پیشنهاد کرد که الکترون‌ها طول موج دارند، که با فرمول زیر داده می‌شود:
\[ \lambda = \frac{h}{p} \]
تفسیر به زبان ساده: ذراتی با تکانه بیشتر \(p\) طول موج کوتاه‌تری دارند؛ “گلوله‌های” سریع و سنگین کمتر موجی به نظر می‌رسند تا سبک و کند.
این ایده در سال 1927 تأیید شد، زمانی که دیویسون و گرمر پراش الکترون را از یک کریستال مشاهده کردند. ماده موجی بود. دیوار بین امواج و ذرات فرو ریخت.
ورنر هایزنبرگ در سال 1925 به دنبال چارچوبی منسجم بود که به موارد قابل مشاهده - فرکانس‌ها و شدت‌های قابل اندازه‌گیری تابش منتشرشده - پایبند باشد، بدون تصور مدارهای الکترونی که نمی‌توان مشاهده کرد. نتیجه مکانیک ماتریسی بود: یک جبر جدید که در آن ترتیب ضرب مهم است (\(AB \neq BA\)).
این ریاضیات رادیکال جهش‌های ناپیوسته الکترون‌ها را ثبت کرد و طیف‌ها را با دقتی شگفت‌انگیز پیش‌بینی کرد. گیج‌کننده؟ بله. اما همچنین عمیقاً پیش‌بینی‌کننده.
تقریباً به‌طور همزمان، اروین شرودینگر معادله موجی را توسعه داد که چگونگی تکامل امواج ماده در زمان را توصیف می‌کند:
\[ i\hbar \frac{\partial}{\partial t} \Psi = \hat{H}\Psi \]
تفسیر به زبان ساده: تابع موج \(\Psi\) احتمالات یک سیستم را کدگذاری می‌کند، و هامیلتونی \(\hat{H}\) نشان می‌دهد که این احتمالات چگونه با زمان تغییر می‌کنند.
رویکرد شرودینگر از ماتریس‌های هایزنبرگ شهودی‌تر بود و به سرعت به زبان استاندارد مکانیک کوانتومی تبدیل شد. در ابتدا، شرودینگر فکر می‌کرد که الکترون‌ها به معنای واقعی کلمه امواج پراکنده هستند، اما آزمایش‌ها چیز دیگری نشان دادند. تابع موج یک موج فیزیکی در فضا نبود، بلکه یک دامنه احتمال بود - نوع جدیدی از واقعیت.
در سال 1927، هایزنبرگ نتیجه‌ای تکان‌دهنده را رسمی کرد: نمی‌توان به‌طور همزمان مکان و تکانه یک ذره را با دقت دلخواه دانست. این اصل عدم قطعیت نه محدودیت دستگاه‌های اندازه‌گیری، بلکه خاصیتی بنیادی از طبیعت بود:
\[ \Delta x \cdot \Delta p \geq \frac{\hbar}{2} \]
تفسیر به زبان ساده: محکم کردن چنگ بر مکان، به‌طور اجتناب‌ناپذیر چنگ بر تکانه را شل می‌کند، و برعکس؛ خود طبیعت این مرز را می‌کشد.
تعیین‌گرایی، پایه فیزیک نیوتنی، جای خود را به احتمالات داد.
بور و هایزنبرگ تفسیری ارائه دادند: مکانیک کوانتومی واقعیت‌های قطعی را توصیف نمی‌کند، بلکه احتمالات نتایج اندازه‌گیری را بیان می‌کند. عمل اندازه‌گیری باعث فروپاشی تابع موج می‌شود.
این تفسیر کپنهاگ عمل‌گرایانه و موفق بود، اگرچه از نظر فلسفی نگران‌کننده بود. اینشتین به‌طور معروف اعتراض کرد - “خدا با تاس بازی نمی‌کند” - اما آزمایش‌ها به‌طور مداوم ماهیت احتمالی مکانیک کوانتومی را تأیید کردند.
در سال 1928، پل دیراک مکانیک کوانتومی را با نسبیت خاص ادغام کرد و معادله دیراک را تولید کرد. این معادله الکترون را با دقتی بی‌سابقه توصیف کرد و یک ذره جدید را پیش‌بینی کرد: پوزیترون، که در سال 1932 کشف شد. اطمینان آرام دیراک - “قوانین فیزیکی زیربنایی لازم برای نظریه ریاضی بخش بزرگی از فیزیک و کل شیمی کاملاً شناخته شده‌اند” - جاه‌طلبی آن دوره را به تصویر کشید.
این اولین اشاره بود که نظریه کوانتومی می‌تواند با نسبیت متحد شود - وعده‌ای که به نظریه میدان کوانتومی رشد کرد.
تا دهه 1930، انقلاب کوانتومی کامل شده بود:
فیزیک کلاسیک کنار گذاشته نشد؛ به‌عنوان حدی از مکانیک کوانتومی در مقیاس‌های بزرگ بازیافت شد. این اولین درس فیزیک مدرن بود: نظریه‌های قدیمی هرگز “غلط” نیستند، فقط ناقص‌اند.
با این حال، حتی مکانیک کوانتومی، با تمام درخشندگی‌اش، با چالش‌های جدیدی روبرو شد. ذرات چگونه تعامل می‌کنند، پراکنده می‌شوند، نابود می‌شوند و دوباره پدید می‌آیند؟ چگونه چارچوبی بسازیم که تعداد ذرات در آن ثابت نباشد و الزامات نسبیت برآورده شود؟
پاسخ در اواسط قرن بیستم با نظریه میدان کوانتومی، که توسط فاینمن و دیگران پیشگام شد، آمد - فصل بعدی در داستان ما.
مکانیک کوانتومی در توضیح اتم‌ها و مولکول‌ها پیروز شده بود، اما با عمیق‌تر شدن آزمایش‌ها، محدودیت‌های آن آشکار شد. الکترون‌ها، فوتون‌ها و سایر ذرات فقط در حالت‌های مقید نبودند - آنها تعامل می‌کردند، برخورد می‌کردند، نابود می‌شدند و ذرات جدیدی خلق می‌کردند. برای توصیف این فرآیندها، مکانیک کوانتومی نیاز به اتحاد با نسبیت خاص اینشتین داشت. نتیجه نظریه میدان کوانتومی (QFT) بود، چارچوبی که تمام فیزیک ذرات مدرن بر آن استوار است.
مکانیک کوانتومی معمولی تعداد ذرات را ثابت فرض می‌کرد. یک الکترون می‌توانست در یک اتم حرکت کند، اما نمی‌توانست ناگهان غیبش بزند یا تغییر شکل دهد. با این حال، آزمایش‌ها در شتاب‌دهنده‌های ذرات دقیقاً این را نشان دادند: ذرات به‌طور مداوم خلق و نابود می‌شوند. و \(E=mc^2\) نسبیت ایجاب می‌کرد که برخوردها با انرژی کافی بتوانند انرژی را به جرم جدید تبدیل کنند.
QFT با تغییر هستی‌شناسی پاسخ داد: میدان‌ها بنیادی‌اند؛ ذرات تحریکاتی هستند. هر گونه ذره به یک میدان کوانتومی که تمام فضا را در بر می‌گیرد، مربوط می‌شود.
خلق و نابودی طبیعی شد: میدان را تحریک یا از تحریک خارج کنید.
اولین QFT نسبیتی کاملاً موفق الکترودینامیک کوانتومی (QED) بود که تعاملات ماده باردار (مانند الکترون‌ها) با فوتون‌ها را توصیف می‌کند. این نظریه در دهه 1940 توسط ریچارد فاینمن، جولیان شوینگر و سین-ایتیرو تومونگا - که جایزه نوبل 1965 را به اشتراک گذاشتند - توسعه یافت و مشکل بی‌نهایت‌های محاسبات اولیه را حل کرد.
کلید نرمال‌سازی بود، روشی مبتنی بر اصول برای جذب برخی بی‌نهایت‌ها در چند پارامتر قابل اندازه‌گیری (بار، جرم)، که پیش‌بینی‌های دقیق و محدود را به جا گذاشت. نتیجه تاریخی بود: QED لحظه مغناطیسی الکترون را با دقتی فوق‌العاده پیش‌بینی می‌کند - یکی از دقیق‌ترین پیش‌بینی‌های تأیید شده در کل علم.
تأثیرگذارترین مشارکت فاینمن مفهومی بود. او یک حساب تصویری اختراع کرد - دیاگرام‌های فاینمن - که انتگرال‌های مبهم را به فرآیندهای بصری و قابل شمارش تبدیل کرد.
دیاگرام‌ها “تاریخچه‌های” ممکنی را که به یک فرآیند کمک می‌کنند، فهرست می‌کنند، که بازتاب دیدگاه انتگرال مسیر فاینمن است: یک فرآیند کوانتومی همه مسیرها را کاوش می‌کند؛ دامنه‌ها جمع می‌شوند؛ احتمالات از مربع اندازه‌های آنها نتیجه می‌شوند. آنچه ترسناک بود، ملموس و قابل محاسبه شد.
QED الکترومغناطیس را به خوبی مدیریت کرد. اما همان جعبه ابزار - میدان‌ها، تقارن گیج، نرمال‌سازی، دیاگرام‌سازی - می‌توانست فراتر رود.
موتیف یکپارچه‌کننده تقارن گیج بود: بخواهید که معادلات شکل خود را تحت تبدیل‌های محلی حفظ کنند، و میدان‌های گیج مورد نیاز (فوتون‌ها، گلوئون‌ها، W/Z) و ساختارهای تعاملی با اجتناب‌ناپذیری شگفت‌انگیزی پدیدار می‌شوند.
تا پایان اواسط قرن، QFT به زبان مشترک فیزیک ذرات تبدیل شده بود. دنیای زیراتمی را سازمان‌دهی کرد و محاسبات دقیق را ممکن ساخت. اما گرانش در برابر کوانتیزه شدن مقاومت کرد - همان ترفندهای نرمال‌سازی شکست خوردند - و یک نظریه کوانتومی کامل از فضای-زمان همچنان دست‌نیافتنی بود. QFT یک پیروزی باشکوه و محدود به حوزه خود بود.
موفقیت QED فیزیکدانان را ترغیب کرد تا با مرز آشوبناک دهه‌های 1950 و 60 مقابله کنند: “باغ‌وحش ذرات”. هادرون‌های جدید - پایون‌ها، کائون‌ها، هیپرون‌ها، رزونانس‌ها - از شتاب‌دهنده‌ها در فراوانی گیج‌کننده‌ای سرریز شدند. آیا این هرج‌ومرج بنیادی بود، یا می‌توانست مانند جدول تناوبی سازمان‌دهی شود؟
پیوند هسته‌ای ویژگی‌های عجیبی نشان داد:
تشبیه‌های کلاسیک شکست خوردند. به تصویر کاملاً جدیدی نیاز بود.
در سال 1964، موری گل-من و به‌طور مستقل جورج زویگ پیشنهاد کردند که هادرون‌ها از اجزای کمتر و بنیادی‌تر ساخته شده‌اند: کوارک‌ها.
این مدل باغ‌وحش را سازمان‌دهی کرد. اما هیچ آزمایشی هرگز یک کوارک منفرد را جدا نکرده بود. آیا کوارک‌ها “واقعی” بودند، یا فقط حسابداری مفید؟
حتی وقتی پروتون‌ها با انرژی‌های بالا خرد می‌شدند، آشکارسازها بارانی از هادرون‌ها را می‌دیدند، نه کوارک‌های آزاد. به نظر می‌رسید نیرویی که کوارک‌ها را به هم متصل می‌کند، هرچه بیشتر سعی کنید آنها را جدا کنید، قوی‌تر می‌شود - مانند یک نوار لاستیکی که هرچه بیشتر بکشید، سفت‌تر می‌شود. چگونه یک نیرو می‌توانست این‌قدر متفاوت از الکترومغناطیس رفتار کند؟
پیشرفت یک نظریه گیج غیرآبلی جدید بود: کرومودینامیک کوانتومی (QCD).
این ویژگی آخر - بوزون‌های گیج خودتعاملی - QCD را از نظر کیفی از QED متفاوت کرد و ویژگی‌های برجسته‌ترین آن را پشتیبانی کرد.
در سال 1973، دیوید گراس، فرانک ویلچک و دیوید پولیتزر آزادی مجانبی را کشف کردند:
تفسیر به زبان ساده: با انرژی بیشتر زوم کنید، و کوارک‌ها از بند رها می‌شوند؛ دور شوید، و بند محکم می‌کشد.
این نتایج پراکندگی غیرالاستیک عمیق SLAC (اجزای نقطه‌مانند درون پروتون‌ها) و نبود کوارک‌های آزاد را توضیح داد. این سه نفر جایزه نوبل 2004 را دریافت کردند.
QCD از یک ایده زیبا به یک پایه تجربی بالغ شد:
هادرون‌ها به ترکیبات تبدیل شدند، نه بنیادی؛ گلوئون‌ها چسبندگی را انجام دادند.
QCD، در ترکیب با QED و نظریه الکتروضعیف، مدل استاندارد (SM) را تکمیل کرد. این یک موفقیت عظیم بود، اما معماهای جدیدی را برجسته کرد:
این نظریه چیزهای زیادی را توضیح داد - اما نه همه چیز.
تا اوایل دهه 1970، QED و QCD روی زمین محکمی ایستاده بودند. اما نیروی هسته‌ای ضعیف - مسئول واپاشی رادیواکتیو و همجوشی ستاره‌ای - همچنان عجیب بود: برد کوتاه، نقض‌کننده تقارن، واسطه‌شده توسط بوزون‌های سنگین.
یک وحدت عمیق‌تر در افق بود. این به‌عنوان نظریه الکتروضعیف، یکی از بزرگ‌ترین دستاوردهای فیزیک، وارد شد. پیش‌بینی مرکزی آن - بوزون هیگز - نزدیک به نیم قرن طول کشید تا تأیید شود.
نیروی ضعیف در موارد زیر ظاهر می‌شود:
ویژگی‌های متمایز:
این بوزون‌ها جرم خود را از کجا می‌گیرند، در حالی که فوتون بدون جرم باقی می‌ماند؟ این یک معمای مرکزی بود.
در دهه 1960، شلدون گلاشو، عبدالسلام و استیون واینبرگ یکپارچگی را پیشنهاد کردند: الکترومغناطیس و نیروی ضعیف دو روی یک تعامل الکتروضعیف واحد هستند.
ایده‌های کلیدی:
میدان هیگز مانند یک محیط کیهانی است که تمام فضا را پر می‌کند. ذراتی که با آن تعامل می‌کنند جرم اینرسی به دست می‌آورند؛ آنهایی که تعامل نمی‌کنند (مانند فوتون) بدون جرم باقی می‌مانند.
تفسیر به زبان ساده: جرم نه یک “ماده” یک‌بار برای همیشه اعطا شده، بلکه یک تعامل مداوم با یک میدان همیشه حاضر است.
آزمایش‌های قهرمانانه این نظریه را آزمودند:
این کشف فهرست ذرات مدل استاندارد را تکمیل کرد. طوفان گذشته بود؛ نقشه با زمین مطابقت داشت.
تا دهه 2010، مدل استاندارد به‌عنوان یکی از موفق‌ترین نظریه‌های علمی ایستاده بود:
نیروها (میدان‌ها):
ذرات:
قدرت پیش‌بینی آن شگفت‌انگیز بود، که در نسل‌های مختلف برخورددهنده‌ها و آشکارسازها تأیید شد.
حتی زمانی که بطری‌های شامپاین در سال 2012 باز می‌شد، فیزیکدانان می‌دانستند که مدل استاندارد ناقص است.
کشف هیگز پایان نبود، بلکه آغازی بود - نشانه‌ای که مدل استاندارد تا جایی که می‌رسد درست است.
از “ابرهای” فروتن کلوین تا انقلاب‌های کامل، فیزیک با جدی گرفتن ناهنجاری‌ها پیشرفت کرد:
نظریه‌های قدیمی کنار گذاشته نشدند، بلکه به‌عنوان موارد حدی تودرتو شدند: نیوتن در اینشتین در سرعت‌های پایین و گرانش ضعیف، کلاسیک در کوانتومی در مقیاس‌های بزرگ، کوانتومی غیرنسبیتي در QFT با تعداد ذرات ثابت.
از جهان ساعت‌گونه نیوتن تا کوانتاهای ناامید پلانک؛ از فوتون‌های اینشتین تا جهش‌های کوانتومی بور؛ از دیاگرام‌های فاینمن تا جت‌های QCD و حضور خاموش همه‌جانبه میدان هیگز - 150 سال گذشته طوفان‌هایی را نشان می‌دهد که از ابرهای کوچک زاده شده‌اند. هر ناهنجاری - مدار عطارد، طیف‌های جسم سیاه، اتم‌های ناپایدار، هیگز گمشده - سرنخی بود که چیزی عمیق‌تر در انتظار کشف بود.
امروز، مدل استاندارد به‌عنوان یک پیروزی ایستاده است، پیش‌بینی‌هایش با دقتی بی‌نظیر تأیید شده‌اند. با این حال، مانند ابرهای کلوین، اسرار جدیدی در کمین‌اند: ماده تاریک، انرژی تاریک، جرم‌های نوترینو، عدم تقارن باریون، گرانش کوانتومی. اگر تاریخ راهنمایی کند، این شکاف‌ها به این معنا نیستند که فیزیک تمام شده است - آنها به این معنایند که تازه انقلاب دیگری را آغاز کرده است.