modello standard

in fisica e in cosmologia, teoria che descrive unitariamente le interazioni elettromagnetica, debole e forte, ma che non considera l'interazione gravitazionale. L'interazione elettromagnetica è descritta dalla teoria dell'elettrodinamica quantistica (o QED, dall'inglese Quantum ElectroDynamics), una delle teorie di maggior successo di tutta la storia della fisica. Le equazioni della QED contengono un fattore caratteristico, detto costante di accoppiamento, o costante di struttura fine, che in condizioni ordinarie vale 1/137. Non si tratta in realtà di una costante universale, in quanto aumenta all'aumentare dall'energia alla quale avvengono le interazioni elettromagnetiche. Come l'interazione elettromagnetica è mediata da uno scambio di fotoni tra le cariche elettriche interagenti, così la seconda interazione considerata dal modello standard, cioè l'interazione debole, è mediata dalle particelle chiamate bosoni W^± e Z⁰. Poiché si tratta di particelle di grande massa, l'interazione debole ha piccolo raggio d'azione. Essa agisce sia sui quark sia sui leptoni ed è tanto strettamente legata alle interazioni elettromagnetiche che le due non sono altro che aspetti differenti di una stessa interazione, l'interazione elettrodebole. L'interazione forte, che si esercita tra i quark, è invece descritta dalla cromodinamica quantistica. L'interazione tra quark è mediata da particelle chiamate gluoni, che, a differenza dei fotoni, hanno una proprietà caratteristica detta carica di colore. Secondo il modello standard, i gluoni hanno la proprietà di interagire non solo con i quark, ma anche tra loro. La trattazione matematica della teoria mostra che questa proprietà fa sì che quanto più i quark si avvicinano tra loro tanto più la carica di colore, e quindi l'interazione, diventa debole. In altri termini, l'intensità dell'interazione diminuisce all'aumentare dell'energia. Questa proprietà, detta della libertà asintotica, fa sì che non si possano osservare quark liberi (confinamento dei quark) e consente di effettuare una descrizione unitaria delle diverse interazioni, a eccezione di quella gravitazionale. Infatti, all'aumentare dell'energia, le costanti di accoppiamento per l'interazione debole, per l'interazione elettromagnetica e per l'interazione forte tendono ad assumere quasi esattamente lo stesso valore. Ciò avviene a un'energia estremamente alta, e allora si può dire che le tre interazioni sono unificate. Tuttavia, il fatto che la convergenza delle tre costanti non sia perfetta rende necessario apportare modifiche al modello standard. Una di queste implica l'introduzione della supersimmetria, teoria che, se confermata sperimentalmente, rafforzerebbe la teoria delle stringhe, teoria che consentirebbe di descrivere in un quadro unitario anche la gravitazione. Un'altra modifica al modello standard è resa necessaria dalla scoperta che il neutrino possiede una massa. Indipendentemente dalle necessità di modifica, il modello standard costituisce l'anello di congiunzione tra la fisica delle particelle fondamentali e l'astronomia (vedi Universo).