整合管理～3.1格物致知～02粒子冒險奇境～05未解之謎

整合管理～3.1格物致知～02粒子冒險奇境～未解之謎
標準模型沒有說的事
標準模型回答了許多關於六種夸克、六種輕子和四個力之物質結構和穩定性的問題，但標準模型並不完全，仍有許多無解的問題。
如果我們相信宇宙是對稱的，為什麼我們觀察到物質，卻幾乎沒有反物質呢？
我們不能看到的“黑暗物質”是什麼？在宇宙中卻可見重力的影響？
為什麼標準模型不能預測粒子的質量？

夸克和輕子是基本還是由更多的基本粒子構成？

為什麼有三個夸克和輕子的世代?
為什麼重力適用於全部？

標準模型的理論
雖然標準模型能提供實驗觀察到的現象一個很好的描述，但它仍不是個完整的理論，問題就是在於標準模型無法解釋為什麼某些粒子會存在；舉個例來說，雖然物理學家很多年前早已知道除了頂夸克外所有夸克的質量，但他們如果沒有實驗証據的話就完全無法預測 t夸克的質量，這就是因為標準模型缺乏了關於粒子質量可能型態的說明。
這是指標準模型錯了嗎？
不〜但我們必需以愛因斯坦相對論延伸牛頓力學的相同方法來深入標準模型；本身而言，牛頓的力學定律並沒有錯，但他的理論只能用在速度遠小於光速時，愛因斯坦以相對論擴展了牛頓物理，他的理論能用於很快的速度，我們必需全新擴展標準模型來解釋質量、萬有引力和其他的現象。

三個世代
一共有三"組"夸克對和輕子對，這些粒子每"組"稱為一個世代或一個家庭：上/下夸克是第一世代夸克，而電子/電子微中子輕子是第一世代輕子。
為什麼物質剛好也有三個世代？
世代隨質量而增加，較高世代的粒子會衰變成較低世代的粒子，在每天我們所看到的只有第一世代的粒子(電子和上/下夸克)，我們不知道為什麼大自然"需要"另兩個世代，而我們也不知道為什麼剛好總共是三個世代。

感謝費米國家實驗室出借部份圖片
關於質量?

標準模型不能解釋為什麼粒子會有確定的質量，舉個例，光子和 W 粒子都是載力粒子：為什麼光子沒有質量而 W粒子卻有質量？
物理學家創立了所謂的希格斯場(Higgs field)理論，在這個理論裡，希格斯場與其他粒子交互作用，並提供它們質量。希格斯場需要一個粒子，叫做希格斯玻色子(Higgs boson)，希格斯玻色子還未能觀察到，但物理學家會以最大的熱忱尋找它的。
大一統理論
今日，粒子物理主要目標之一就是將不同的基本力統合在大一統理論(Grand Unified Theory) 中，它能使我們更進一步了解宇宙的組織，這樣標準模型的簡單化也許有助於回答我們的問題，並指出未來的研究領域。
當詹姆士馬克斯威爾(James Maxwell)統整了電學和磁學，他便向這目標跨了一大步，物理學家現在知道，在高能時電磁力和弱作用力會成為相同的力。
在愛因斯坦晚年時，他試著寫出統合重力和電學的理論，但失敗了。

詹姆士馬克斯威爾(James Maxwell)：
多年來，物理學家一直在尋找大一統理論，最後終於發現了它。
1861-1865
詹姆士 · 馬克斯威爾（James Maxwell）在一連串的文件報告中，描述電場、磁場的相互作用，因此將它們統整成電磁學，這就是現在有名的馬克斯威爾方程式。
1881-1884
赫茲（Hertz） 發現無線電波，並確立無線電波和光波是不同頻率的電磁波，就像馬克斯威爾理論中預測的一樣。
1967-1970
Glashow, Salam, 和 Weinberg提出理論統整電磁力和弱作用力。他們預測仲介弱作用力（如貝他衰變）的W玻色子的質量，又預測一種新的弱作用力形式，是由Z玻色子仲介的。這個新的形式馬上被發現了。他們也預測了希格斯玻色子（Higgs Boson）。
1979
因為發展電弱理論，Glashow, Salam, 和 Weinberg得到了諾貝爾獎，這是在W和Z玻色子被發現前四年的事！
1983
1983年，W和Z玻色子終於在CERN的UA-1 及 UA-2實驗中被發現了！這些發現戲劇性的奠定了標準模型。今天的加速度檢測已經觀察到超過100000個W玻色子和百萬個Z玻色子。
力與大一統理論(GUT)
物理學家希望大一統理論能統合強、弱和電磁作用力，已經有幾個被提出的統一理論，若有資料的話，我們需要挑選這些預測自然的理論。
如果所有作用力的大統一是有可能的話，那麼所有我們看到的作用力就是一個統一作用力的不同面；然而，如果強、弱和電磁作用力在強度和所造成的影響上差那麼多，這個事情怎麼說？奇怪？！電流資料和理論提出當粒子在夠高的能量發生作用時，這些不同的力就被合併成一個力。

在大一統理論(GUT)的電流指出了其他導致質子衰變的載力粒子存在的事實，這種衰變非常地少有，質子的生命期多於1032 年。
超對稱性

有些物理學家試圖將萬有引力和別的基本力整合在一起，結果有了令人吃驚的預言：每個基本物質粒子應該擁有有重量的"影子"載力粒子，而每個載力粒子應該擁有有重量的"影子"物質粒子；這個在物質粒子與載力粒子之間的關係就叫做 超對稱性。舉個例子來說，對每種夸克都有一種粒子叫 "squark"。
超對稱粒子還未被發現，但在CERN和費米實驗室已經在進行實驗偵測超對稱合作粒子( supersymmetric partner particles)。
絃理論

近代物理在量子力學、相對論和重力有很好的理論，但這些理論彼此卻不是很行得通，這是因為我們所在的三維空間導致了一些問題，如果我們住在多於三維的空間，這些問題自然而然的就解決了。
絃理論是近代物理最近提出的理論之一，它指出在這個世界上原有三個維度和一些另一個非常"小"的次元，而粒子則是絃和薄膜。是的，在另一個次元中薄膜是很怪異且難以想像的，而什麼是"很小的次元"？
另一次元

絃理論和其他新提出的理論需要高於三維空間來解釋，這些另外的次元可能很小，這就是為什麼我們看不到的緣故。
怎麼會有另外、較小的次元？

考慮在一條很緊的繩索上有特技人員和一隻跳蚤，特技人員能沿著繩子前後移動，但跳蚤不但能前後移動還能上下繞行，牠可以直走到繩子一端，再繞了繩子一周然後在起點的地方結束；所以特技人員只有一個次元，而跳蚤有兩個次元，但這些次元之一是很小且封閉的圈。
因此特技人員不能看到多於繩子的一次元，就像我們只能看到這世界的三次元，即使可能有很多次元。這是不可能想像的，因為我們只能在三維中想事情！
黑暗物質
準備好接受令人大吃一驚的想法了嗎？
宇宙主要成分並不是由與地球相同的物質所組成，我們從重力的影響來推斷有黑暗物質的存在，它是一種我們看不到的物質，有很強烈的証據顯示它可能不是由質子、中子和電子組成的。
那麼，什麼是黑暗物質？

我們不知道，也許它是由微中子組成的，或者是由外來形式的物質構成，像是neutralinos，是一種理論上的超對稱性粒子。