标准模型5大未解之谜

总结标准模型的几个尚待解决的问题。当然，未解之谜不止5个（有些已算是”老生常谈“），整个理论结构也有”美学上“令人不满意的地方，比如CERN LHC实验迄今未给出令人信服的证据表明理论存在的缺陷……

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标准模型是粒子物理学中最严谨的理论，其预言极其精确。它包含自然界的17个基本组成单元：6种夸克，6种轻子，4种相互作用的载体粒子，以及希格斯玻色子。它们被电磁、弱和强相互作用所支配。

在过去的50年里，标准模型使科学家们能够将粒子物理学纳入一个统一的方程，这个方程可以解释我们在微观世界所看到的大部分现象。然而，尽管它具有强大的预言能力，但它未能回答（至少）五个关键问题。粒子物理学家知道他们的工作还远没有完成。

1.中微子为何有质量？

标准模型中有三种不同类型的中微子。标准模型预言中微子就像光子一样没有质量。然而物理学家已经发现这三种中微子的运动存在振荡，可相互转化，这意味着中微子存在质量，但是有关实验证据表明质量应很小。是否存在更多我们不知道的中微子？例如，一些实验结果暗示可能存在第四种类型的中微子，称为惰性中微子，但尚未被发现。

2.何为暗物质？

观察到的星系的旋转速度比他们"应有的"速度（按照可见物质的牛顿力学）快得多，物理学家意识到他们错过了一些东西——不可见的暗物质，它给了这些星系额外的质量。

观测表明暗物质占宇宙物质的27%，

但它不包括在标准模型中。科学家们正在寻找、研究这种神秘物质，并确定其构成。

3. 宇宙中为何有如此多的物质？

当一个物质粒子产生时，例如在大型强子对撞机(LHC)的粒子碰撞中，或在另一粒子的衰变中，它的反物质对应物通常会伴随而生。当等量的（正常）物质和反物质粒子相遇时，它们相互湮灭。按照当前宇宙学的认识，宇宙在大爆炸中形成时，物质和反物质等量产生。然而，某种机制阻止了物质和反物质以它们通常的方式湮灭，我们今天周围的宇宙被（正常）物质所主宰。标准模型无法解释这种不平衡。许多不同的实验正在研究物质和反物质，以寻找打破平衡的线索。

4. 为什么宇宙加速膨胀？

哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope)和欧洲航天局盖亚天文台(European Space Agency observatory Gaia)的最新测量表明，星系正在以每秒45英里的速度远离我们。这一速率被认为来自于一种无法解释的时空特性——暗能量，它正在把宇宙"撑开"。它占宇宙能量的68%。标准模型无法给出这样的结果。

5. 存在联系着引力的某种粒子吗？

标准模型不是用来解释引力的。这第四种也是最弱的相互作用似乎对标准模型解释的亚原子相互作用没有任何影响。

但理论物理学家认为，所谓的亚原子粒子——引力子(graviton)可能像光子携带电磁相互作用的方式传递引力。在LIGO证实引力波的存在之后，最小的引力波可能是什么？引力子？

更多有待探索？

这些都是21世纪物理学的大问题。然而，还有更基本的谜团，例如：时空几何的起源是什么?