標準模型

素粒子を記述する理論として標準模型がある。標準模型は３つの力について解釈を与える。すなわち、電磁力、弱い力、強い力の３つを説明できる。電磁力と弱い力はワインバーグ・サラム模型によって統合的に電弱理論として捉えられ、強い力は量子色力学（Quantum Chromodynamics, QCD）によって与えられる。また、これらに加え、クォークの世代間に起きる混合を説明する小林・益川理論が標準模型には含まれる。基本的にすべての力は素粒子を媒介して伝わる。電磁力は光子（photon, °）、弱い力はW, Z ボソン（W+, W¡, Z）、そして、強い力はグルーオン（gluon, g）である。この３つの力は対称性とも密接に関わり、ゲージ群SU(N) で記述される。それぞれの属する群は、電磁力がU(1)、弱い力がSU(2)、強い力はSU(3) であり、ゲージ対称性がそれぞれに備わる。群SU(N) にはn2 ¡1 個の生成子があり、それらが素粒子に対応する（グルーオンは８種類ある）。標準模型はゲージ群SU(3) £ SU(2) £ U(1) によって理論が記述される。また他に、大局的な対称性としてレプトン数の保存、バリオン数の保存がある。群は対称性や保存則を導く。それぞれの力は保存量があり、電磁力は電荷の保存、強い力はカラー（赤、緑、青）が保存する（３つを足して無色にする）ことが知られる。すべての素粒子が電荷、ハイパーチャージ、アイソスピン1、カラーを持ち、すべての反応がこれらの電荷、カラーを保存するように働く。ただし、現在のエネルギースケールでは弱い力は破れているのでハイパーチャージは保存しない。標準模型ではSU(2) の破れ方に対しても解釈を与える。具体的にはSU(2) £ U(1) ! U(1) の模型を与える。つまり、ヒッグス機構を導入することで自発的な対称性の破れが導かれる。もともと、Wボソンは対称性SU(2) によって質量が禁止されている。しかし、真空がSU(2) を破ることでWボソンに自然に質量を与える。この破り方と質量の与え方がヒッグス機構で記述され、イメージとしては、ヒッグスボソンの質量がWボソンに吸い取られる。ヒッグス粒子は、まだ未発見の粒子であり、もうすぐ実験が開始する加速器LHC（Large Hadron Collider）のメインターゲットである。ヒッグス粒子が見つかることで標準模型のすべてが確められることとなる。