標準模型是對現代物理學有史以來創建的亞原子世界的最完整描述。該模型是在20世紀建立的量子力學，描述粒子在最細微的尺度上的表現的奇怪理論。標準模型解釋了自然四種力量中的三種：電磁學，強大的核力量和弱核力量。該理論已經經過數千次的精度測試，儘管缺點，但仍然是現代科學最重要的成就之一。
“這是思考事物在最基本水平上的相互作用的主要範式”，並且已經“經過了極好的精確度進行了測試”。
標準模型是如何開發的？
隨著一系列開創性的理論和實驗發展，物理學家開始在1950年代開發標準模型。在理論方面，物理學家剛剛擴展了量子力學（最初是為了理解亞原子顆粒）來解釋電磁力的。在實驗方面，物理學家剛剛開發了原子彈，並且意識到強大和弱的核力量，但尚未完全描述它們
標準模型在1970年代達到了現代形式，一旦有了一些關鍵要素：一種量子理論來解釋強力，意識到可以統一電磁和弱核力量，並發現了HIGGS機制，從而引起了粒子質量，，這些機制引起了粒子的質量，根據美國能源部（DOE）。
Orzel說：“我認為這是人類文明歷史上最偉大的知識分子勝利之一，既是它所包含的現象範圍，也是將它們整合在一起的困難程度。”
標準模型如何組織？
標準模型將亞原子世界組織成兩個廣泛的粒子，稱為費米和玻色子，根據田納西大學諾克斯維爾大學的說法。粗略地說，費米子不能共享相同的量子狀態（例如，在原子）。費米子是普通物質的“構建塊”，它們以不同的方式結合形成一些眾所周知的亞原子顆粒，例如質子，電子和中子
有兩種費米子：對電磁和弱核力量響應的瘦素，以及對強核力量作出反應的夸克。瘦素包括熟悉的電子，以及較重的表親媽媽和tau。這兩個顆粒具有與電子完全相同的特性，但更大。
這些瘦素中的每一個都與相應的中微子配對。中微子是很少與物質相互作用但在核反應中產生的超輕顆粒。因此，有電子中心，muon-neutrinos和tau-neutrinos。
除了這六個瘦素外，還有夸克，有六種類型或“風味”：向上，向下，魅力，奇怪，頂部和底部。上下的夸克是最輕，最穩定的，它們在三胞胎中結合在一起，形成質子和中子。
另一方面，玻色子可以共享相同的能量狀態。最常見的玻色子是光子，電磁力的力載體。據美國能源部（DOE）稱，其他攜帶力的玻色子包括弱核力量的三個載體（稱為W+，W-和Z玻色子）和強大的核力量的八個載體，稱為Gluons。
最後一個玻色子稱為希格斯玻色子，是特殊的，在標準模型中起著非常重要的作用。
希格斯機制在標準模型中的作用是什麼？
希格斯玻色子在標準模型中執行兩個重要作業。在高能量下，電磁和弱核力量合併為一種稱為電動作用力的通用統一力。在低能量（即日常生活的典型能量）下，兩種力量分為他們熟悉的形式。希格斯玻色子負責將這兩種力保持在低能量下分離，因為弱核和電磁力與希格斯玻色子的相互作用不同，根據物理研究所。
所有其他所有夸克和葉（除中微子除外）也與希格斯玻色子相互作用。這種相互作用使這些粒子具有單個質量，這取決於粒子與希格斯的強烈相互作用。因此，希格斯玻色子的存在允許我們宇宙中的許多顆粒獲得質量。
標準模型如何測試？
測試標準模型非常困難，因為所涉及的所有粒子都非常小。
奧爾澤爾說：“除了電子外，這些顆粒都沒有直接觀察到，但由於幾代物理學家的工作積累，它們的工作幾乎被證明是無可爭議的。”
也就是說，該標準模型在數十年來進行的一系列高精度實驗中倖存下來。幾乎所有這些實驗都結合了粒子壁的使用，例如大型強子對撞機在日內瓦附近，該顆粒幾乎以光速猛烈猛烈。這些碰撞釋放了大量能量，使物理學家能夠研究自然的基本相互作用，根據庫恩的說法，歐洲核研究組織，它是大型強子對撞機的所在地。
Orzel說：“對我來說，最令人印象深刻的特徵是，它使我們能夠確定現實世界中的精確度 - 在電子的異常磁矩之類的情況下，類似於13 to14的十進制位置。”
標準模型有什麼問題？
儘管在單個數學框架下解釋了各種自然現象方面取得了巨大的成功，但物理學家知道標準模型並不完整。最重要的是嘗試合併重力進入標準模型始終失敗。
“無法將重力與其他基本物理的標準模型框架合併為這Orzel說：“理論粒子物理學家面臨的最大挑戰將它們驅逐到一些相當巴洛克式的猜測領域。目前尚不清楚如何解決這一問題，甚至可以使用可行的近乎預期技術解決。”
除了缺失重力外，該模型還不包括給中微子質量的機制，也不包括合併暗物質或者暗能量，這是宇宙中質量和能量的主要形式。
但是，即使標準模型尚未完整，物理學家也沒有關於如何擴展它的廣泛一致的理論，因此它仍然是對有史以來設計的亞原子物理學的最佳工作描述。
其他資源
要特別了解有關強力的更多信息，請查看這個播客劇集作者保羅·薩特（Paul Sutter）。加入費米拉布科學家唐·林肯（Don Lincoln）參觀標準模型在此視頻中。有關該主題的流行概述，請查看“幾乎所有事物的理論：標準模型，現代物理學的無冠軍”（企鵝出版社集團，2006年），作者：物理學家羅伯特·奧特（Robert Oerter）。
參考書目
Hoddeson，L。等。 “標準模型的崛起：1964年至1979年粒子物理的歷史”（劍橋大學出版社，1997年）
WN和Greenwood，DA，“粒子物理標準模型介紹”（劍橋大學出版社2007年）
Oerter，R。 “幾乎所有事物的理論：標準模型，現代物理的無名勝利”（Pi Press 2006）
Bardin，D。和Passarino，G。 “製造中的標準模型：電子互動的精確研究”（Clarendon Press 1999）
