標準粒子物理模型是否成熟？

提問

：標準粒子物理模型是否成熟？

回答：標準粒子物理模型是否成熟，這完全取決於您對標準模型和“成熟”的定義。我的回答是“否”，但我會解釋為什麼很多人曾經說“是”（在某種意義上，“是”的答案可能比“否”的答案更有用）。

圖1：基本粒子標準模型

“成熟”的定義

事實證明，“成熟”在量子領域中有著令人驚訝的數學嚴謹定義。總的來說，如果理論可以解釋通每個物理問題，那麼這個理論就被認為是成熟的。注意，這與說該理論準確地描述了自然不同，N = 4 Super-Yang Mills理論無法描述自然，但它仍是成熟的。當我在20世紀90年代末學習標準模型時，標準模型有希格斯玻色子，但沒有暗物質或中微子質量。中微子質量被認為超出了標準物理模型，暗物質也是。此外，重力也被認為是標準模型之外的物理學。

圖2：LHC上發現的希格斯玻色子

現在，大多數人認為中微子質量屬於標準模型的一部分，儘管暗物質仍被廣泛認為超出了物理學範疇。大多數人現在認為重力也屬於標準模型。就像20世紀90年代後期出現的那些無法解釋的現象一樣，標準模型是一種波動的可重整理論。這是“成熟”理論的常用定義。

所以，標準模型已經完成，只是比完全成熟的理論稍有欠缺，因為有些過程無法描述，但是在實踐中無足輕重。標準模型可以預測高達10^30 GeV或更高的指數級高能量，但是超荷的電儀表耦合器可能表現不佳。當你瞭解了希格斯自耦合和湯川秀樹（日本物理學家,曾獲1949年諾貝爾物理獎）耦合後，可以知道理論中的某些過程是無法估量、不成熟的。

從“完成”到成熟

上文提到的關於完成的定義是有限的。在20世紀90年代後期，中微子質量仍然處於試驗性階段，因此無法將其視為標準模型的一部分。眾所周知，量子引力是一個需要在量子場論之外去了解的問題。暗物質已經相當成熟了，儘管它只是在最近二十年裡由冷暗物質擴散出現。標準模型中的中微子質量通過不可重整的算子進行計算，這會導致標準模型在10^15GeV能級附近（在大統一理論尺度和普朗克尺度內）進行分解，其中量子引力非常重要。因此，標準模型無法依照任何合理的定義，分解過程可能產生於一個沉重的右手馬約拉納中微子，併成為可重整理論的一部分，但目前我們還沒有這方面的直接證據（發現中微子無雙β衰變將有力證明這一解釋）。

暗物質依賴新的物理學，是否將其包含在標準模型中是主觀的。它需要一個新的粒子。村山斉（日本物理學家，在粒子物理學和宇宙學領域做出了傑出貢獻）提出了一個新的最小標準模型，通過物理學來解釋這些現象。請參閱新的最小標準模型。最後，量子引力是存在的。這很難理解，我們可以將波動的量子引力作為一種有效的場論，但是有些問題完全超出了我們在量子場論中對待關於愛因斯坦-希爾伯特項的理解。還有很多其他事情可能需要解釋，但不是必須的，例如層次結構問題，強CP問題，重工問題和儀表器耦合統一問題。

那麼，問“標準模型成熟了嗎”愚蠢嗎？

那麼為什麼人們曾經說標準模型成熟了呢？嗯，這是一個重要的說法，即沒有必要在實驗可接近的能量範圍內出現新的物理。這對於明白什麼是我們可能理解的自然非常重要。當你成為一位科學家時，最重要的事情是要明白在職業生涯中，有些問題可能有答案，有些問題可能沒有答案。20世紀90年代的標準模型是成熟的這一事實，可能在高能物理真正陷入困境的時候起著重大作用。也許在人類的能力範圍內，無法發現任何東西。

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. forbes-谷雲菲

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