標準模型

標準模型是人類寫下過最成功的單一理論，同時，物理學家也坦然承認，它是一個尚未完成的理論。想像一張週期表，列的不是化學元素，而是真正基本的東西：十二個物質粒子、少數幾個力的傳遞者，以及一個賦予質量的特殊場。你曾觸碰的一切、每一個化學反應、每一顆恆星，都由這份簡短的清單透過已知四種力中的三種交互作用而建成。它以令人不安的精確度，回答了物理學最古老的問題——世界由什麼構成，而這些零件又如何彼此推擠。

嚴格說來，標準模型是一個具規範對稱 SU(3)_C x SU(2)_L x U(1)_Y 的相對論性量子場論。SU(3) 因子是量子色動力學的色對稱（強力，八個膠子）；SU(2) x U(1) 因子是電弱部門，其對稱被希格斯場自發破缺到電磁的 U(1)，留下一個無質量的光子與三個有質量的傳遞者：W+、W- 與 Z。物質內容是三個世代的夸克與輕子，整個理論由約十九個自由參數——質量、混合角與耦合強度——所固定，這些參數必須由測量得到，無法由理論導出。

從電子的反常磁矩，到 W、Z 與希格斯玻色子的存在與質量圖樣，這個模型的預測經歷了五十年來每一次加速器檢驗而屹立不搖，並以 2012 年 LHC 發現希格斯玻色子為頂點。然而它顯然不完整：它不包含重力的描述，沒有粒子能解釋質量五倍於普通物質的暗物質，無法說明宇宙為何由物質而非反物質構成，而在其原始形式中微中子也沒有質量。它是一份精確得驚人的有效描述，而非終極答案。