标准粒子物理模型是否成熟？教育頭條網

2019-10-26 12:45:25 天文在線

提问

：标准粒子物理模型是否成熟？

回答：标准粒子物理模型是否成熟，这完全取决于您对标准模型和“成熟”的定义。我的回答是“否”，但我会解释为什么很多人曾经说“是”（在某种意义上，“是”的答案可能比“否”的答案更有用）。

图1：基本粒子标准模型

“成熟”的定义

事实证明，“成熟”在量子领域中有着令人惊讶的数学严谨定义。总的来说，如果理论可以解释通每个物理问题，那么这个理论就被认为是成熟的。注意，这与说该理论准确地描述了自然不同，N = 4 Super-Yang Mills理论无法描述自然，但它仍是成熟的。当我在20世纪90年代末学习标准模型时，标准模型有希格斯玻色子，但没有暗物质或中微子质量。中微子质量被认为超出了标准物理模型，暗物质也是。此外，重力也被认为是标准模型之外的物理学。

图2：LHC上发现的希格斯玻色子

现在，大多数人认为中微子质量属于标准模型的一部分，尽管暗物质仍被广泛认为超出了物理学范畴。大多数人现在认为重力也属于标准模型。就像20世纪90年代后期出现的那些无法解释的现象一样，标准模型是一种波动的可重整理论。这是“成熟”理论的常用定义。

所以，标准模型已经完成，只是比完全成熟的理论稍有欠缺，因为有些过程无法描述，但是在实践中无足轻重。标准模型可以预测高达10^30 GeV或更高的指数级高能量，但是超荷的电仪表耦合器可能表现不佳。当你了解了希格斯自耦合和汤川秀树（日本物理学家,曾获1949年诺贝尔物理奖）耦合后，可以知道理论中的某些过程是无法估量、不成熟的。

从“完成”到成熟

上文提到的关于完成的定义是有限的。在20世纪90年代后期，中微子质量仍然处于试验性阶段，因此无法将其视为标准模型的一部分。众所周知，量子引力是一个需要在量子场论之外去了解的问题。暗物质已经相当成熟了，尽管它只是在最近二十年里由冷暗物质扩散出现。标准模型中的中微子质量通过不可重整的算子进行计算，这会导致标准模型在10^15GeV能级附近（在大统一理论尺度和普朗克尺度内）进行分解，其中量子引力非常重要。因此，标准模型无法依照任何合理的定义，分解过程可能产生于一个沉重的右手马约拉纳中微子，并成为可重整理论的一部分，但目前我们还没有这方面的直接证据（发现中微子无双β衰变将有力证明这一解释）。

暗物质依赖新的物理学，是否将其包含在标准模型中是主观的。它需要一个新的粒子。村山斉（日本物理学家，在粒子物理学和宇宙学领域做出了杰出贡献）提出了一个新的最小标准模型，通过物理学来解释这些现象。请参阅新的最小标准模型。最后，量子引力是存在的。这很难理解，我们可以将波动的量子引力作为一种有效的场论，但是有些问题完全超出了我们在量子场论中对待关于爱因斯坦-希尔伯特项的理解。还有很多其他事情可能需要解释，但不是必须的，例如层次结构问题，强CP问题，重工问题和仪表器耦合统一问题。

那么，问“标准模型成熟了吗”愚蠢吗？

那么为什么人们曾经说标准模型成熟了呢？嗯，这是一个重要的说法，即没有必要在实验可接近的能量范围内出现新的物理。这对于明白什么是我们可能理解的自然非常重要。当你成为一位科学家时，最重要的事情是要明白在职业生涯中，有些问题可能有答案，有些问题可能没有答案。20世纪90年代的标准模型是成熟的这一事实，可能在高能物理真正陷入困境的时候起着重大作用。也许在人类的能力范围内，无法发现任何东西。