基本介紹
- 中文名：標準模型
- 外文名：Standard Model, SM
- 含義：一套描述強力等的理論
- 創立原因：受楊振寧的非阿貝爾場論啟發
歷史背景,標準模型的內容,測試及預測,標準模型的擴展,參閱,
歷史背景
普遍認為對於標準模型的最初研究是謝爾登·格拉肖在1960年發現的電弱相互作用。在1967年，史蒂文·溫伯格和阿卜杜勒·薩拉姆將希格斯機制引入格拉肖的弱電理論，形成我們看到它的形式。希格斯機制被普遍的認為能夠解釋粒子的質量來源，包括W及Z玻色子、費米子（夸克，輕子和重子）。
1973年發現由Z玻色子引起的弱中性流之後，電弱理論被廣泛的接受。由此貢獻，薩拉姆和溫伯格獲得1979年的諾貝爾獎。W和Z玻色子在1981年被實驗所發現，而他們的質量已經被當時所逐步建立的標準模型預言了。
標準模型的內容
標準模型共61種基本粒子（見表）包含費米子及玻色子——費米子為擁有半奇數的自旋並遵守泡利不相容原理（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相容原理。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。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)。在眾玻色子中，只有希格斯玻色子不是規範玻色子。而負責傳遞引力相互作用的玻色子——引力子則未能被包括在標準模型之中。
標準模型包含了十二種“味道”的費米子。組成大部分物質三種粒子：質子、中子及電子，當中只有電子是這套理論的基本粒子。質子和中子只是由更基本的夸克，受強作用力吸引而組成。以下的標準模型的基本費米子：
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宇宙射線或是高能實驗中製造出來，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。
電子與電中微子，以及在第二、三代中相對應的粒子，被統稱為輕子。夸克擁有一種叫“色”的量子性質，並且與強作用力耦合。強作用力不同於其他的作用力（弱力、電磁力、重力），會隨距離增加變得越來越強。由於強作用力的色禁閉特性，夸克永遠只會在色荷為零的組合中出現（如介子、重子），這些不同的組合被統稱為“強子”。
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。
標準模型的擴展
雖然標準模型對實驗結果的解釋很成功，但它也有很大的缺陷。首先，模型中包含了許多參數，如各粒子的質量和各相互作用強度。這些數字不能只從計算中得出，而必須由實驗決定。弱電對稱破缺還沒有滿意的解釋。再次，理論中存在所謂的自然性問題。最後，這理論未能描述引力。
首個與標準模型不相符的實驗結果在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，顯示中微子擁有非零質量。標準模型的簡單修正（引入非零質量的中微子）可以解釋這個實驗結果。這個新的模型仍叫做標準模型。
大統一理論是標準模型的一個擴展。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。只有在高能狀態（比現時實驗能達到的能量還要高）這個對稱性才能保存；在低能狀態，它自發破缺到SU(3)×SU(2)×U(1)。第一個大統一理論（SU(5)大統一）是由Georgi及Glashow於1974年提出的。其它流行的還有SO(10)和E(6)大統一模型。
許多標準模型的擴展都預言了質子衰變。這一現象至今沒有為實驗所證實。
