如果你問物理學家世界是如何運作的，懶惰的回答可能是：“它遵循標準模型。”
標準模型
標準模型解釋了宇宙如何運作的基本物理學。儘管實驗物理學家還不斷探索模型上的缺陷，但它已經有50多年的歷史了。
除了少數例外，它經受住了這種審查，以出色的表現通過了一次又一次的實驗測試。但是這個非常成功的模型在概念上存在差距，這表明關於宇宙如何運作還有很多東西需要了解。
中微子代表標準模型中 17 個基本粒子中的三個。它們在一天中的任何時候都穿過地球上的每個人。
2021 年，世界各地的物理學家進行了一系列探索標準模型的實驗。團隊比以往任何時候都更精確地測量模型的基本引數。其他人研究了知識的邊緣，其中最佳實驗測量與標準模型的預測不完全匹配。最後，團隊建立了更強大的技術，旨在將模型推向極限，並有可能發現新的粒子和場。如果這些努力取得成功，它們可能會在未來形成一個更完整的宇宙理論。
填充標準模型中的縫隙
1897 年，JJ Thomson 僅使用玻璃真空管和電線就發現了第一個基本粒子電子。100 多年後，物理學家仍在發現標準模型的新部分。
標準模型是一個做兩件事的預測框架。首先，它解釋了物質的基本粒子是什麼。這些是諸如電子和構成質子和中子的夸克之類的東西。其次，它使用“信使粒子”預測這些物質粒子如何相互作用。這些被稱為玻色子——它們包括光子和著名的希格斯玻色子——它們傳達了自然的基本力量。希格斯玻色子直到 2012 年才在歐洲的巨大粒子對撞機工作數十年後被發現。
標準模型非常擅長預測世界如何運作的許多方面，但它確實存在一些漏洞。
值得注意的是，它不包括對重力的任何描述。雖然愛因斯坦的廣義相對論描述了引力的工作原理，但物理學家尚未發現傳遞引力的粒子。一個適當的“萬有理論”將完成標準模型所能做的一切，也包括傳達重力如何與其他粒子相互作用的信使粒子。
標準模型不能做的另一件事是解釋為什麼任何粒子都有一定的質量——物理學家必須直接使用實驗來測量粒子的質量。只有在實驗為物理學家提供了這些精確的質量之後，它們才能用於預測。測量結果越好，可以做出的預測就越好。
最近，歐洲核子研究中心一個團隊的物理學家測量了希格斯玻色子自身質量。另一個 CERN 團隊也更精確地測量了希格斯玻色子的質量。最後，在測量中微子的質量方面也取得了進展。物理學家知道中微子的質量大於零，但小於目前可檢測到的數量。德國的一個團隊繼續改進技術，使他們能夠直接測量中微子的質量。
新力或粒子的提示
2021 年 4 月，費米實驗室的成員宣佈了他們對 μ 子磁矩的首次測量。μ子是標準模型中的基本粒子之一，對其特性之一的這種測量是迄今為止最準確的。這個實驗之所以重要，是因為測量結果與磁矩的標準模型預測不完全匹配。基本上，介子不會表現得像他們應該的那樣。這一發現可能指向與介子相互作用的未發現粒子。
但與此同時，在 2021 年 4 月，物理學家 Zoltan Fodor 和他的同事展示了他們如何使用稱為 Lattice QCD 的數學方法來精確計算 μ 子的磁矩。他們的理論預測不同於舊的預測，仍然適用於標準模型，而且重要的是，與 μ 子的實驗測量相匹配。
升級物理工具
強子對撞機
世界上最大的粒子加速器，歐洲核子研究中心的大型強子對撞機關閉並進行了一些升級。物理學家在 10 月份剛剛重新啟動了該設施，他們計劃在 2022 年 5 月開始下一次資料收集執行。升級提高了對撞機的功率，使其可以產生 14 TeV 的碰撞，高於之前的 13 TeV 限制。這意味著在圓形加速器周圍以光束形式傳播的成批微小質子攜帶的能量與以 100 英里/小時（160 公里/小時）速度行駛的 800,000 磅（360,000 公斤）旅客列車相同。在這些令人難以置信的能量下，物理學家可能會發現在較低能量下太重而無法看到的新粒子。
其他一些技術進步也有助於尋找暗物質。許多天體物理學家認為，目前不符合標準模型的暗物質粒子可以回答一些懸而未決的問題，即重力圍繞恆星彎曲的方式，它被稱為引力透鏡，以及恆星在螺旋星系中旋轉的速度。低溫暗物質搜尋等專案尚未找到暗物質粒子，但團隊正在開發更大、更靈敏的探測器，在不久的將來會部署。
2021 年突出了標準模型未能解釋宇宙所有奧秘的一些方式。但是新的測量方法和新技術正在幫助物理學家在尋找萬物理論的過程中向前邁進。
探索萬物理論
