標準模型理論（簡稱SM）是一套描述強力、弱力及電磁力這三種基本力及組成所有物質的基本粒子的理論，以楊-米爾斯方程為核心，又稱為規範對稱場論。標準模型理論隸屬量子場論的範疇，並與量子力學及狹義相對論兼容，是自牛頓經典物理以後最接近大一統理論的一套自然哲學觀。這套理論主導了20世紀50年代以後的物理學發展，而且與實驗高度吻合，到現時為止幾乎所有對以上三種力的實驗的結果都合乎這套理論的預測。但是標準模型還不是一套萬有理論，主要是因為它並沒有描述到引力和暗物質以及暗物質粒子所以；標準模型需要超越。那是因為以前沒有發現“引力波子”，當今引力波子被發現，使標準模型理論更加的完美。彎曲的納米粒子物理特性，就是引力波所為。
基本介紹
- 中文名：標準模型理論
- 外文名：Standard Model
- 性質：理論
- 領域：物理
- 特點：強力
內容,主要內容,世代,測試及預測,質疑,缺陷,質疑與對質疑的補錄,標準模型的基本費米子,
內容
主要內容
標準模型包含費米子及玻色子——費米子為擁有半整數的自旋並遵守泡利不兼容原理（這原理指出沒有相同的費米子能占有同樣的量子態）的粒子；玻色子則擁有整數自旋而並不遵守泡利不兼容原理。簡單來說，費米子就是組成物質的粒子而玻色子則負責傳遞各種作用力。
電弱統一理論與量子色動力學在標準模型中合併為一。這些理論都是規範場論，即它們把費米子跟玻色子（即力的中介者）配對起來，以描述費米子之間的力。由於每組中介玻色子的拉格朗日函式在規範變換中都不變，所以這些中介玻色子就被稱為規範玻色子。當今，在眾多的觀測結果，對暗物質的候選對象是冷的暗物質，是參與弱相互作用的重粒子（WIMP）這種粒子的特點是雖然沒有電磁相互作用和強相互作用，單是參與弱相互作用，暗物質形質等同中微子是磁極子的物質費米子範圍，標準模型所包含的玻色子有：
實際上規範玻色子的規範變換是可以準確地利用一個稱為“規範群”的酉群去描述。強相互作用的規範群是SU(3)，而電弱作用的規範群是SU(2)×U(1)。所以標準模型亦被稱為SU(3)×SU(2)×U(1)。
世代
標準模型中62種基本粒子：（嚴格說未包括引力子共61種）
規範粒子13種：
傳遞強相互作用的媒介——膠子8種
傳遞弱相互作用的媒介——中間玻色子W+W-Z0
傳遞電磁作用的媒介——光子
傳遞萬有引力的假想粒子——引力子
特殊粒子1種：
為了實現電弱相互作用在低於250Gev的能量範圍內分解為電磁相互作用和弱相互作用的特殊粒子——希格斯 粒子。
夸克36種：
三色：紅 綠 藍
夸克有六味，每味三色，再加上各自對應的反粒子，總共36種不同狀態的夸克。
輕子12種：
合計：13+1+36+12=62種
測試及預測
CERN的大型電子－正子對撞機測試並確定標準模型有關Z玻色子衰變的預測。
質疑
缺陷
雖然標準模型對實驗結果的解釋很成功，它從未被接受為基礎物理的完全理論。這是因為它有兩個很重要的缺陷：以前的粒子標準模型是‘拼圖’碎片不連貫的粒子物理歷史科學，它只發現了一部分自然科學認識的粒子晶格都是‘平移對稱’規範性，而當今自然科學的發展和‘發現’，物質也存在‘非平移’超對稱超性額外維度-存在等等許多其他新物理，這些都需要‘實驗驗證’為以後的凝聚態物理開路-製造新的物質仿備制套用到生活。
模型中包含了十九個參數，如各粒子的質量，而這些數字並不能只從計算中得出而必須由實驗決定。
這理論未能描述引力。
大一統理論試圖解決第一個缺陷。它假設SU(3)、SU(2)及U(1)群其實是一個更大的對稱群的成員。在高能狀態（比現時實驗能達到的能量還要高），這一個群的對稱性才能保存；在低能狀態，它經過一個稱為自發失稱的過程而變成SU(3)×SU(2)×U(1)。第一個大一統理論由Georgi及Glashow於1974年提出，他們用SU(5)作為那個統一群。大一統理論與標準模型不同，它預測質子衰變的存在。但是在1999年，超級神岡的實驗並未能深測到質子衰變，並確定質子半衰期的下限為6.7×1032年。一些其他實驗都否定了不少大一統理論（包括SU(5)）。
同時，若從宇宙論的角度出發，標準模型亦被視為不完全。在這理論中，物質和反物質是對稱的。但是宇宙中的物質比起反物質多出很多。還有，由於對重力的忽略，標準模型並未能為宇宙開始時的宇宙膨脹找出一個機制。
理論所預測的希格斯玻色子到現時（2012年）已被發現，正等待進一步的證明。
質疑與對質疑的補錄
首個與標準模型不相乎的實驗結果在1998年出現：日本超級神岡中微子探測器發表有關中微子振盪的結果。（這一發現獲得2015年諾貝爾物理學獎。）結果顯示中微子擁有非零質量，因為零質量粒子以光速行進而不會感受到時間的推移。
但是標準模型並不容納非零質量的中微子，因為它假設了宇宙中只有左旋中微子（即相對於運動軸，其自旋方向為逆時針）。如果中微子質量非零，它們的行進速度必會小於光速。正因如此，理論上我們就可以超越一顆中微子，以致我們可以選擇一個令這顆中微子運動方向顛倒而自旋不變的參考系，導致它變為右旋。
物理學家為此修定標準模型，加入更多的自由參數以準許中微子帶質量。這個新的模型仍叫做標準模型。中微子的質量反應為電子中微子，是一種帶正電荷的正電子，反應為軸子，與磁單極粒子的正磁極子，是點陣跳躍距陣，必須是中微子Q角動量的放射衰變，復於中微子質量。
標準模型的基本費米子
標準模型中的左旋費米子
費米子 | 符號 | 電磁荷 | 弱荷* | 弱同自旋 (Weak isospin) | 超荷 | 強荷（色荷)* | 質量** |
第一代 | |||||||
左旋電子 | e | -1 | 2 | -1/2 | -1/2 | 1 | 0.511 MeV |
左旋電子中微子 | νe | 0 | 2 | +1/2 | -1/2 | 1 | < 50 eV |
左旋正電子 | ec | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0.511 MeV |
左旋電子反中微子 |  | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | < 50 eV |
左旋上夸克 | u | +2/3 | 2 | +1/2 | +1/6 | 3 | ~5 MeV *** |
左旋下夸克 | d | -1/3 | 2 | -1/2 | +1/6 | 3 | ~10 MeV *** |
左旋反上夸克 | uc | -2/3 | 1 | 0 | -2/3 |  | ~5 MeV *** |
左旋反下夸克 | dc | +1/3 | 1 | 0 | +1/3 | | ~10 MeV *** |
第二代 | |||||||
左旋μ子 | μ | -1 | 2 | -1/2 | -1/2 | 1 | 105.6 MeV |
左旋μ子中微子 | νμ | 0 | 2 | +1/2 | -1/2 | 1 | < 0.5 MeV |
左旋反μ子 | μc | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 105.6 MeV |
左旋反μ子中微子 |  | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | < 0.5 MeV |
左旋粲夸克 | c | +2/3 | 2 | +1/2 | +1/6 | 3 | ~1.5 GeV |
左旋奇夸克 | s | -1/3 | 2 | -1/2 | +1/6 | 3 | ~100 MeV |
左旋反粲夸克 | cc | -2/3 | 1 | 0 | -2/3 | | ~1.5 GeV |
左旋反奇夸克 | sc | +1/3 | 1 | 0 | +1/3 | | ~100 MeV |
第三代 | |||||||
左旋τ子 | τ | -1 | 2 | -1/2 | -1/2 | 1 | 1.784 GeV |
左旋τ子中微子 | ντ | 0 | 2 | +1/2 | -1/2 | 1 | < 70 MeV |
左旋反τ子 | τc | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1.784 GeV |
左旋τ子反中微子 |  | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | < 70 MeV |
左旋頂夸克 | t | +2/3 | 2 | +1/2 | +1/6 | 3 | 178 GeV |
左旋底夸克 | b | -1/3 | 2 | -1/2 | +1/6 | 3 | ~4.7 GeV |
左旋反頂夸克 | tc | -2/3 | 1 | 0 | -2/3 | | 178 GeV |
左旋反底夸克 | bc | +1/3 | 1 | 0 | +1/3 | | ~4.7 GeV |
*-這些不是一般的阿貝爾電荷 (Abelian charges)， 而是李群 (Lie group) 之群表達式 (group representation) 標籤。它們不能相加。
**-質量實為左旋及右旋費米子的耦合 (Coupling)。例如電子之質量實為一左旋電子及一右旋電子 (左旋正子之反粒子) 之耦合。另外, 中微子在它們的質量不帶有耦合性，中微子是以點陣躍遷存在，有Q角動量, 故不能準確以味道或 (此表似乎顯示出的) 左右旋中微子質量等同來得出中微子之質量。
***-正式量得的實為重子 (Baryon)、強子 (Hadron) 及其他交比 (Cross section rates) 之質量。因量子色動力學之色禁閉 (QCD Confinement) 使夸克不能獨立存在, 這裡顯示的數值為夸克於量子色動力學相移重整化 (QCD Phase Transition Renormalization) 後的值。為了計算此值, 物理學家建立了一個格點模型 (Lattice model) 並嘗試給予夸克不同的質量值, 直至接近於實驗數據為止。由於第一代的夸克質量遠低於量子色動力學所需的大小, 故其不確定性是很大的。事實上, 現今的量子色動力學的格點模型給出的夸克質量似乎比上表還小。
費米子可以分為三個“世代”。第一代包括電子、上及下夸克及電子中微子。所有普通物質都是由這一代的粒子所組成；第二及第三代粒子只能在高能量實驗中製造出來，而且會在短時間內衰變成第一代粒子。把這些粒子排列成三代是因為每一代的四種粒子與另一代相對應的四種粒子的性質幾乎一樣，唯一的分別就是它們的質量。例如，電子跟μ子的自旋皆為半整數而電荷同樣是-1，但μ子的質量大約是電子的二百倍。
電子與電子中微子，以及在第二、三代中相對應的粒子，被統稱為輕子。它們與其他費米子不同處在於它們沒有一種叫“色”的性質，所以它們的作用力（弱力、電磁力）會隨距離增加變得越來越弱。相反，夸克間的強力會隨距離增加而增強，所以夸克永遠只會在色荷為零的組合中出現，這些不同的組合被統稱為“強子”。
強子有兩種：由三顆夸克組成的費米子，即重子（如質子及中子）；以及由夸克－反夸克對所組成的玻色子，即介子（如π介子）。
電子與電子中微子，以及在第二、三代中相對應的粒子，被統稱為輕子。它們與其他費米子不同處在於它們沒有一種叫“色”的性質，所以它們的作用力（弱力、電磁力）會隨距離增加變得越來越弱。相反，夸克間的強力會隨距離增加而增強，所以夸克永遠只會在色荷為零的組合中出現，這些不同的組合被統稱為“強子”。
強子有兩種：由三顆夸克組成的費米子，即重子（如質子及中子）；以及由夸克－反夸克對所組成的玻色子，即介子（如π介子）。
