素粒子物理学

標準模型：粒子と相互作用

標準模型はクォーク、レプトン、ゲージ粒子と三つの量子相互作用を記述しますが、重力を含まず、ニュートリノ質量や暗黒物質も完全には説明しません。

標準模型は、既知の素粒子と電磁・弱・強相互作用を記述する場の量子論です。物質場はフェルミ粒子、相互作用を媒介する粒子はゲージ粒子です。非常に精密に検証されていますが、あらゆる現象の最終理論ではありません。

到達範囲と限界

高エネルギーでは電磁相互作用と弱い相互作用が電弱理論に統一され、強い相互作用はQCDで記述されます。崩壊や散乱の確率を計算して測定値と比較します。重力、暗黒物質の正体、宇宙の物質・反物質の非対称性は未解決です。

ゲージ群 $SU(3)_C\times SU(2)_L\times U(1)_Y$ は三つの相互作用と量子電荷を表し、ヒッグス場と湯川結合が質量部分を担います。各計算は崩壊確率や断面積など特定の観測量を、理論・実験誤差とともに予測します。一つの測定との一致は理論の完全性を示すものではなく、独立した検証が異なる部分を制約します。