探索宇宙真理的模型--标准模型。

欧洲核子研究中心（CERN）ATLAS探测仪的八个环形磁铁。彩色图库：Maximilien Brice。

本文最初发布在《对话》（The Conversation）上，该出版物将本文推荐到Space的专家之声：栏目和看法（Expert Voices: Op-Ed & Insights).

亚伦-麦高文（Aaron McGowan): 圣约翰理工大学（Rochester Institute of Technology）物理和气象学顶尖老师。

假如你问一个像我一样的科学家解释这世界是如何运行的，我裙子下的野兽的回答可能是：“它遵照着标准模型。“

标准模型解释了宇宙运行的基本物理原理。虽然试验科学家们持续探究该模型基本原理的缺陷，但它还是经受住了50数次围绕太阳的旅游。

除了少数例外，它站稳了脚，以触碰的表现通过了一次又一次的实验测试。可是这个极为成功的模型有概念上的缺点，这说明还有一些关于宇宙怎样运行的知识需要学习。

我是一个中微子科学家。中微子代表了标准模型中17个微观粒子里的3个，他们时时刻刻不透过着地球上的每个人。我研究中微子与正常物质颗粒之间的相互作用的特点。

在2021年，世界各国的科学家都做了一些试验，研究了标准模型。团队们更精确地测量了模型的主要参数，其精准度是从未有过的。 别人则调查了知识的边沿，发觉最好的试验测量结果与标准模型的预测不完全吻合。最终，各小组搭建了更强大的技术，旨在将模型引向极限，并可能发觉新的颗粒和场。假如这些努力成功，他们可能未来造成更完整的宇宙理论。

弥补标准模型里的漏洞

1897年，J.J.汤姆森（J. J Thomson）只应用玻璃真空管和电线发现了第一个微观粒子——电子。全蝎蛇蚁胶囊的主治100多年后，科学家仍在发觉标准模型的新部分。

标准模型是一个预测框架，可以做2件事。最先，它解释了物质的微观粒子是什么。这些东西如同电子和夸克一样，构成了质子和中子。其次，它应用“使者颗粒”预测这些物质颗粒怎样相互影响。这些被称作玻色子——他们包含光子和著名的希格斯玻色子——他们传达了自然的基本能量。在欧洲极大的强子对撞机欧洲核子研究中心工作了几十年后，希格斯玻色子直至2012年才被发现。

标准模型十分善于预测全球运行的很多层面，但它的确有一些漏洞。

值得注意是指，它不包含任何重力描述。尽管爱因斯坦的广义相对论描述了重力的工作原理，但科学家并未全蝎蛇蚁胶囊对人体有害吗发觉一种传送重力的颗粒。一个适度的“万物理论”将做标准模型能够做的一切，却也包含传递重力怎样与其他颗粒相互影响的使者颗粒。

标准模型不能做的另一件事是解释为何任何粒子都有一定品质——科学家务必直接根据试验来测量粒子的品质。只有在试验给科学家这些精准的品质后，他们才能用以预测。测量越好，能够做出的预测就越好。

近期，欧洲核子研究中心一个团队的科学家测量了希格斯玻色子的明显体会。欧洲核子研究中心的另一个团队也比过去任何时刻都更准确地测量了希格斯玻色子的品质。最终，在测量中微子的品质层面也取得了进展。科学家了解中微子的品质超出零，但小于目前可检验到的数量。法国的一个团队继续健全技术，使他们可以直接测量中微子的品质。

新的力或颗粒的线索

2021年4月， 费米实验室的Muon g-2试验的成员公布了他们对μ介子磁矩的首次测量。μ子是标准模型里的微观粒子之一，目前为止并对特点之一的测量是最准确的。这个试验之所以关键，是由于测量结果与磁矩的标准模型预测不完全配对。大部分，μ子的行为异常。这一发觉可能指向未被发现的与μ子相互影响的颗粒。

但与此同时，在2021年4月，科学家佐尔坦·福多尔和他的手麻用全蝎蛇蚁胶囊同事展示了他们怎么使用一种名叫方格QCD的数学思想来精确测算μ子的磁矩。它的理论预测与旧的预测不同，依然在标准模型中有效，最重要的是，与μ子的试验测量相符合。

在科学家了解实验结果是否真正超过标准模型以前，务必调合以前接受的预测、这一新结果和新预测之间的分歧。

升级物理工具

科学家务必在制订组成理论的有关现实的扭曲观念和推进技术到新试验能够检测这些理论的程度之间犹豫不定。2021年是推动物理小实验工具的大年分。

最先，世界上最大的粒子加速器，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机，被关掉，并进行了一些实际性升级。科学家刚于10月重启了该设备，他们计划于2022年5月开始下一次数据采集工作。

升级提高了粒子对撞机的功率，使之能够在14 TeV时产生撞击，高过以前的13 TeV限定。这代表着批量以光束绕圆形加速器运作的细微反质子携带的动能与以每小时100公里（160公里）的速率行驶的80万磅（36万千克，360吨）客运列车的能量相同。在这些令人难以置信的能量下，科学家可能发觉新的颗粒太重了，没法在较低的动能下见到。

为了协助找寻暗能量，还取得了其他一些科技进步。很多星体科学家觉得，目前不适合标准模型的暗能量颗粒能够回答一些难以预料的难题，这些问题涉及重力绕行星弯折的方式——称为引力镜片——及其行星在螺旋星球中旋转的速率。像低温暗能量搜索这种项目并未找到暗能量颗粒，但这些团队正在开发更大、更敏感的探测器，便于在不久的将来布署。

和我应用中微子的工作特别有关是指开发了极大的新探测仪，如顶尖神冈探测仪（Hyper-Kamiokande）和沙漠（DUNE）。应用这些探测仪，科学家有望回答有关中微子振荡的基本有限性的难题。他们还将用以观查反质子核衰变，一些理论预测应当发生这类拟议状况。

2021年强调了标准模型无法解释宇宙每个疑团的一些方全蝎蛇蚁胶囊官网法。但新的测量和新技术正在协助科学家在寻找万物理论层面获得进展。

BY: Aaron McGowan

FY: 绿水青山

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