2021 年：物理学家问，“除了标准模型之外还有什么？”
如果你问物理学家世界是如何运作的，懒惰的回答可能是：“它遵循标准模型。”
标准模型解释了宇宙如何运作的基本物理学。尽管实验物理学家还不断 探索 模型上的缺陷，但它已经有50多年的 历史 了。
除了少数例外，它经受住了这种审查，以出色的表现通过了一次又一次的实验测试。但是这个非常成功的模型在概念上存在差距，这表明关于宇宙如何运作还有很多东西需要了解。
中微子代表标准模型中 17 个基本粒子中的三个。它们在一天中的任何时候都穿过地球上的每个人。
2021 年，世界各地的物理学家进行了一系列 探索 标准模型的实验。团队比以往任何时候都更精确地测量模型的基本参数。其他人研究了知识的边缘，其中最佳实验测量与标准模型的预测不完全匹配。最后，团队建立了更强大的技术，旨在将模型推向极限，并有可能发现新的粒子和场。如果这些努力取得成功，它们可能会在未来形成一个更完整的宇宙理论。
填充标准模型中的缝隙
1897 年，JJ Thomson 仅使用玻璃真空管和电线就发现了第一个基本粒子电子。100 多年后，物理学家仍在发现标准模型的新部分。
标准模型是一个做两件事的预测框架。首先，它解释了物质的基本粒子是什么。这些是诸如电子和构成质子和中子的夸克之类的东西。其次，它使用“信使粒子”预测这些物质粒子如何相互作用。这些被称为玻色子——它们包括光子和著名的希格斯玻色子——它们传达了自然的基本力量。希格斯玻色子直到 2012 年才在欧洲的巨大粒子对撞机工作数十年后被发现。
标准模型非常擅长预测世界如何运作的许多方面，但它确实存在一些漏洞。
值得注意的是，它不包括对重力的任何描述。虽然爱因斯坦的广义相对论描述了引力的工作原理，但物理学家尚未发现传递引力的粒子。一个适当的“万有理论”将完成标准模型所能做的一切，也包括传达重力如何与其他粒子相互作用的信使粒子。
标准模型不能做的另一件事是解释为什么任何粒子都有一定的质量——物理学家必须直接使用实验来测量粒子的质量。只有在实验为物理学家提供了这些精确的质量之后，它们才能用于预测。测量结果越好，可以做出的预测就越好。
最近，欧洲核子研究中心一个团队的物理学家测量了希格斯玻色子自身质量。另一个 CERN 团队也更精确地测量了希格斯玻色子的质量。最后，在测量中微子的质量方面也取得了进展。物理学家知道中微子的质量大于零，但小于目前可检测到的数量。德国的一个团队继续改进技术，使他们能够直接测量中微子的质量。
新力或粒子的提示
2021 年 4 月，费米实验室的成员宣布了他们对 μ 子磁矩的首次测量。μ子是标准模型中的基本粒子之一，对其特性之一的这种测量是迄今为止最准确的。这个实验之所以重要，是因为测量结果与磁矩的标准模型预测不完全匹配。基本上，介子不会表现得像他们应该的那样。这一发现可能指向与介子相互作用的未发现粒子。
但与此同时，在 2021 年 4 月，物理学家 Zoltan Fodor 和他的同事展示了他们如何使用称为 Lattice QCD 的数学方法来精确计算 μ 子的磁矩。他们的理论预测不同于旧的预测，仍然适用于标准模型，而且重要的是，与 μ 子的实验测量相匹配。
升级物理工具
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关闭并进行了一些升级。物理学家在 10 月份刚刚重新启动了该设施，他们计划在 2022 年 5 月开始下一次数据收集运行。升级提高了对撞机的功率，使其可以产生 14 TeV 的碰撞，高于之前的 13 TeV 限制。这意味着在圆形加速器周围以光束形式传播的成批微小质子携带的能量与以 100 英里/小时（160 公里/小时）速度行驶的 800,000 磅（360,000 公斤）旅客列车相同。在这些令人难以置信的能量下，物理学家可能会发现在较低能量下太重而无法看到的新粒子。
其他一些技术进步也有助于寻找暗物质。许多天体物理学家认为，目前不符合标准模型的暗物质粒子可以回答一些悬而未决的问题，即重力围绕恒星弯曲的方式，它被称为引力透镜，以及恒星在螺旋星系中旋转的速度。低温暗物质搜索等项目尚未找到暗物质粒子，但团队正在开发更大、更灵敏的探测器，在不久的将来会部署。
2021 年突出了标准模型未能解释宇宙所有奥秘的一些方式。但是新的测量方法和新技术正在帮助物理学家在寻找万物理论的过程中向前迈进。
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