что такое стандартная модель
Что такое стандартная модель физики элементарных частиц?
Стандартная модель — это набор математических формул и измерений, описывающих элементарные частицы и их взаимодействия.
Она похоже на то, как Периодическая таблица элементов описывает атомы, классифицируя их на основе их характеристик, но вместо этого Стандартная модель классифицирует элементарные частицы — фермионы и бозоны.
Эта модель, которая разрабатывалась поэтапно, начиная с начала 1970-х годов, объединила все, что было известно о частицах и силах в то время, для разработки полностью согласованной квантовой теории материи.
Стандартная модель не только хорошо описала и отобразила то, что было известно, но и показала пробелы, которые предсказывали существование еще не обнаруженных частиц, таких как бозон Хиггса.
Стандартная модель в настоящее время является наиболее точной теорией, охватывающей основы физики элементарных частиц.
Семейства частиц.
Стандартная модель делит элементарные частицы на связанные группы, как показано в таблице ниже.
Фермионы.
Представьте их как блоки Lego, соединяющиеся вместе, чтобы образовать Вселенную. Основное правило — «не находись там, где я нахожусь». Особенностью квантовых свойств фермионов является то, что никакие два фермиона не могут занимать одно и то же место одновременно, что позволяет им строить все, от атомов до планет.
Фермионы можно разделить на кварки и лептоны. Фермионные кварки объединяются в более знакомые протоны и нейтроны. Например, протон состоит из одного нижнего и двух верхних кварков, которые склеены вместе так называемым сильным ядерным взаимодействием. Но эта сила не влияет на второй класс фермионов, лептоны.
Лептоны включают электроны, которые парят вокруг ядра атомов; электроноподобные частицы, такие как таус и мюоны; и нейтрино — маленькие, труднодоступные частицы, которые пролетают сквозь нашу планету в огромном количестве, едва останавливаясь, чтобы поздороваться.
Бозоны.
Бозоны — посреднические силы, связывающие и отталкивающие материю, объясняющие, почему мы не можем проходить сквозь стены, почему свет бывает разного цвета, почему маленькие атомы могут сжиматься в более крупные и почему более крупные иногда разваливаются.
Текст и изображения могут быть изменены, удалены или добавлены по решению редакции, чтобы информация оставалась актуальной.
Стандартная модель
Стандартная модель — это современная теория строения и взаимодействий элементарных частиц, многократно проверенная экспериментально. Эта теория базируется на очень небольшом количестве постулатов и позволяет теоретически предсказывать свойства тысяч различных процессов в мире элементарных частиц. В подавляющем большинстве случаев эти предсказания подтверждаются экспериментом, иногда с исключительно высокой точностью, а те редкие случаи, когда предсказания Стандартной модели расходятся с опытом, становятся предметом жарких споров.
Стандартная модель — это та граница, которая отделяет достоверно известное от гипотетического в мире элементарных частиц. Несмотря на впечатляющий успех в описании экспериментов, Стандартная модель не может считаться окончательной теорией элементарных частиц. Физики уверены, что она должна быть частью некоторой более глубокой теории строения микромира. Что это за теория — достоверно пока неизвестно. Теоретики разработали большое число кандидатов на такую теорию, но только эксперимент должен показать, что из них отвечает реальной ситуации, сложившейся в нашей Вселенной. Именно поэтому физики настойчиво ищут любые отклонения от Стандартной модели, любые частицы, силы или эффекты, которые Стандартной моделью не предсказываются. Все эти явления ученые обобщенно называют «Новая физика»; именно поиск Новой физики и составляет главную задачу Большого адронного коллайдера.
Основные компоненты Стандартной модели
Рабочим инструментом Стандартной модели является квантовая теория поля — теория, приходящая на смену квантовой механике при скоростях, близких к скорости света. Ключевые объекты в ней не частицы, как в классической механике, и не «частицы-волны», как в квантовой механике, а квантовые поля: электронное, мюонное, электромагнитное, кварковое и т. д. — по одному для каждого сорта «сущностей микромира».
И вакуум, и то, что мы воспринимаем как отдельные частицы, и более сложные образования, которые нельзя свести к отдельным частицам, — всё это описывается как разные состояния полей. Когда физики употребляют слово «частица», они на самом деле имеют в виду именно эти состояния полей, а не отдельные точечные объекты.
Кроме того, Стандартная модель — перенормируемая теория, то есть все эти элементы вводятся в нее таким самосогласованным способом, который, в принципе, позволяет проводить вычисления с нужной степенью точности. Впрочем, зачастую вычисления с желаемой степенью точностью оказываются неподъемно сложными, но это проблема не самой теории, а, скорее, наших вычислительных способностей.
Что может и чего не может Стандартная модель
Стандартная модель — это, во многом, описательная теория. Она не дает ответы на многие вопросы, начинающиеся с «почему»: почему частиц именно столько и именно таких? откуда взялись именно эти взаимодействия и именно с такими свойствами? зачем природе понадобилось создавать три поколения фермионов? почему численные значения параметров именно такие? Кроме того, Стандартная модель не способна описать некоторые явления, наблюдаемые в природе. В частности, в ней нет места массам нейтрино и частицам темной материи. Стандартная модель не учитывает гравитацию и неизвестно, что с этой теорией происходит на планковском масштабе энергий, когда гравитация становится чрезвычайно важной.
Стоит подчеркнуть, что тот факт, что некоторые процессы тяжело рассчитать с нужной точностью, не означает, что «теория плохая». Просто она очень сложная, и нынешних математических приемов пока не хватает, чтоб проследить все ее следствия. В частности, одна из знаменитых математических Задач тысячелетия касается проблемы конфайнмента в квантовой теории с неабелевым калибровочным взаимодействием.
Стандартная модель
Вся материя состоит из кварков, лептонов и частиц — переносчиков взаимодействий.
Стандартной моделью сегодня принято называть теорию, наилучшим образом отражающую наши представления об исходном материале, из которого изначально построена Вселенная. Она же описывает, как именно материя образуется из этих базовых компонентов, и силы и механизмы взаимодействия между ними (см. также Кварки и восьмеричный путь, Универсальные теории и Элементарные частицы).
Другой строительный набор состоит из кирпичиков, называемых лептонами. Самый распространенный из лептонов — давно нам знакомый электрон, входящий в структуру атомов, но не участвующий в ядерных взаимодействиях, ограничиваясь межатомными. Помимо него (и парной ему античастицы под названием позитрон) к лептонам относятся более тяжелые частицы — мюон и тау-лептон с их античастицами. Кроме того, каждому лептону сопоставлена своя незаряженная частица с нулевой (или практически нулевой) массой покоя; такие частицы называются, соответственно, электронное, мюонное или таонное нейтрино.
Итак, лептоны, подобно кваркам, также образуют три «семейных пары». Такая симметрия не ускользнула от наблюдательных глаз теоретиков, однако убедительного объяснения ей до сих пор не предложено. Как бы то ни было, кварки и лептоны представляют собой основной строительный материал Вселенной.
Чтобы понять оборотную сторону медали — характер сил взаимодействия между кварками и лептонами, — нужно понять, как современные физики-теоретики интерпретируют само понятие силы. В этом нам поможет аналогия. Представьте себе двух лодочников, гребущих на встречных курсах по реке Кэм в Кэмбридже. Один гребец от щедрости душевной решил угостить коллегу шампанским и, когда они проплывали друг мимо друга, кинул ему полную бутылку шампанского. В результате действия закона сохранения импульса, когда первый гребец кинул бутылку, курс его лодки отклонился от прямолинейного в противоположную сторону, а когда второй гребец поймал бутылку, ее импульс передался ему, и вторая лодка также отклонилась от прямолинейного курса, но уже в противоположную сторону. Таким образом, в результате обмена шампанским обе лодки изменили направление. Согласно законам механики Ньютона это означает, что между лодками произошло силовое взаимодействие. Но ведь лодки не вступали между собой в прямое соприкосновение? Здесь мы и видим наглядно, и понимаем интуитивно, что сила взаимодействия между лодками была передана носителем импульса — бутылкой шампанского. Физики назвали бы ее переносчиком взаимодействия.
В точности так же и силовые взаимодействия между частицами происходят посредством обмена частицами-переносчиками этих взаимодействий. Фактически, различие между фундаментальными силами взаимодействия между частицами мы и проводим лишь постольку, поскольку в роли переносчиков этих взаимодействий выступают разные частицы. Таких взаимодействий четыре: сильное (именно оно удерживает кварки внутри частиц), электромагнитное, слабое (именно оно приводит к некоторым формам радиоактивного распада) и гравитационное. Переносчиками сильного цветового взаимодействия являются глюоны, не обладающие ни массой, ни электрическим зарядом. Этот тип взаимодействия описывается квантовой хромодинамикой. Электромагнитное взаимодействие происходит посредством обмена квантами электромагнитного излучения, которые называются фотонами и также лишены массы. Слабое взаимодействие, напротив, передается массивными векторными или калибровочными бозонами, которые «весят» в раз больше протона, — в лабораторных условиях их впервые удалось обнаружить лишь в начале годов. Наконец, гравитационное взаимодействие передается посредством обмена не обладающими собственной массой гравитонами — этих посредников пока что экспериментально обнаружить не удалось.
В рамках Стандартной модели первые три типа фундаментальных взаимодействий удалось объединить, и они более не рассматриваются по отдельности, а считаются тремя различными проявлениями силы единой природы. Возвращаясь к аналогии, предположим, что другая пара гребцов, проплывая друг мимо друга по реке Кэм, обменялась не бутылкой шампанского, а всего лишь стаканчиком мороженого. От этого лодки также отклонятся от курса в противоположные стороны, но значительно слабее. Стороннему наблюдателю может показаться, что в этих двух случаях между лодками действовали разные силы: в первом случае произошел обмен жидкостью (бутылку я предлагаю во внимание не принимать, поскольку большинству из нас интересно ее содержимое), а во втором — твердым телом (мороженым). А теперь представьте, что в Кембридже в тот день стояла редкостная для северных мест летняя жара, и мороженое в полете растаяло. То есть, достаточно некоторого повышения температуры, чтобы понять, что, фактически, взаимодействие не зависит от того, жидкое или твердое тело выступает в роли его переносчика. Единственная причина, по которой нам представлялось, что между лодками действуют различные силы, состояла во внешнем отличии переносчика-мороженого, вызванном недостаточной для его плавления температурой. Поднимите температуру — и силы взаимодействия предстанут наглядно едиными.
Объединение электрослабого и сильного ядерного взаимодействия происходит при температурах порядка 10 27 К. В лабораторных условиях такие энергии сегодня недостижимы. Самый мощный современный ускоритель — строящийся в настоящее время на границе Франции и Швейцарии Большой адронный коллайдер (Large Hadron Collider) — сможет разгонять частицы до энергий, которые составляют всего 0,000000001% от необходимой для объединения электрослабого и сильного ядерного взаимодействий. Так что, вероятно, экспериментального подтверждения этого объединения ждать нам придется долго. Таких энергий нет и в современной Вселенной, однако в первые с ее существования температура Вселенной была выше 10 27 К, и во Вселенной действовало всего две силы — электросильного и гравитационного взаимодействия. Теории, описывающие эти процессы, называют «теориями Великого объединения» (ТВО). Напрямую проверить ТВО нельзя, но они дают определенные прогнозы и относительно процессов, протекающих при более низких энергиях. На сегодняшний день все предсказания ТВО для относительно низких температур и энергий подтверждаются экспериментально.
Итак, Стандартная модель, в обобщенном виде, представляет собой теорию строения Вселенной, в которой материя состоит из кварков и лептонов, а сильные, электромагнитные и слабые взаимодействия между ними описываются теориями великого объединения. Такая модель, очевидно, не полна, поскольку не включает гравитацию. Предположительно, более полная теория со временем все-таки будет разработана (см. Универсальные теории), а на сегодня Стандартная модель — это лучшее из того, что мы имеем.
Стандартная модель: удивительная теория почти всего
Стандартная модель. Что за дурацкое название для самой точной научной теории из всех известных человечеству. Более четверти нобелевских премий по физике прошлого века были присуждены работам, которые либо прямо, либо косвенно были связаны со Стандартной моделью. Название у нее, конечно, такое, будто за пару сотен рублей можно купить улучшение. Любой физик-теоретик предпочел бы «удивительную теорию почти всего», каковой она, собственно, и является.
Многие помнят волнение среди ученых и в СМИ, вызванное открытием бозона Хиггса в 2012 году. Но его открытие не стало сюрпризом и не возникло из ниоткуда — оно ознаменовало собой пятидесятилетие череды побед Стандартной модели. Она включает каждую фундаментальную силу, кроме гравитации. Любая попытка опровергнуть ее и продемонстрировать в лаборатории, что ее нужно полностью переработать, — а таких было много — терпела неудачу.
Короче говоря, Стандартная модель отвечает на этот вопрос: из чего все сделано и как все держится вместе?
Мельчайшие строительные блоки
Физики любят простые вещи. Они хотят раздробить все до самой сути, найти самые базовые строительные блоки. Проделать это при наличии сотни химических элементов не так-то просто. Наши предки считали, что все состоит из пяти элементов — земли, воды, огня, воздуха и эфира. Пять намного проще ста восемнадцати. И также неверно. Вы, безусловно, знаете, что мир вокруг нас состоит из молекул, а молекулы состоят из атомов. Химик Дмитрий Менделеев выяснил это в 1860-х годах и представил атомы в таблице элементов, которую сегодня изучают в школе. Но этих химических элементов 118. Сурьма, мышьяк, алюминий, селен… и еще 114.
В 1932 году ученые знали, что все эти атомы состоит из всего трех частиц — нейтронов, протонов и электронов. Нейтроны и протоны тесно связаны друг с другом в ядре. Электроны, в тысячи раз легче их, кружат вокруг ядра на скорости, близкой к световой. Физики Планк, Бор, Шредингер, Гейзенберг и другие представили новую науку — квантовую механику — для объяснения этого движения.
На этом было бы прекрасно остановиться. Всего три частицы. Это даже проще, чем пять. Но как они держатся вместе? Отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные протоны скрепляются вместе силами электромагнетизма. Но протоны сбиваются в ядре и их положительные заряды должны расталкивать их прочь. Не помогут даже нейтральные нейтроны.
Что связывает эти протоны и нейтроны вместе? «Божественное вмешательство»? Но даже божественному существу доставило бы проблем следить за каждым из 10 80 протонов и нейтронов во Вселенной, удерживая их силой воли.
Расширяя зоопарк частиц
Между тем природа отчаянно отказывается хранить в своем зоопарке всего три частицы. Даже четыре, потому что нам нужно учесть фотон, частицу света, описанную Эйнштейном. Четыре превратились в пять, когда Андерсон измерил электроны с положительным зарядом — позитроны — которые бьют по Земле из внешнего космоса. Пять стали шестью, когда был обнаружен пион, удерживающий ядро в целом и предсказанный Юкавой.
Затем появился мюон — в 200 раз тяжелее электрона, но в остальном его близнец. Это уже семь. Не так уж и просто.
К 1960-м годам были сотни «фундаментальных» частиц. Вместо хорошо организованной периодической таблицы были только длинные списки барионов (тяжелых частиц вроде протонов и нейтронов), мезонов (вроде пионов Юкавы) и лептонов (легких частиц, таких как электрон и неуловимые нейтрино), без какой-либо организации и принципов устройства.
И в этой пучине родилась Стандартная модель. Не было никакого озарения. Архимед не выпрыгнул из ванной с криком «Эврика!». Нет, вместо этого в середине 1960-х несколько умных людей выдвинули важные предположения, которые превратили эту трясину сперва в простую теорию, а затем в пятьдесят лет экспериментальной проверки и теоретической разработки.
Кварки. Они получили шесть вариантов, которые мы называем ароматами. Как у цветов, только не так вкусно пахнущие. Вместо роз, лилий и лаванды мы получили верхний и нижний, странный и очарованный, прелестный и истинный кварки. В 1964 году Гелл-Манн и Цвейг научили нас смешивать три кварка, чтобы получать барион. Протон – это два верхних и один нижний кварк; нейтрон – два нижних и один верхний. Возьмите один кварк и один антикварк – получите мезон. Пион – это верхний или нижний кварк, связанный с верхним или нижним антикварком. Все вещество, с которым мы имеем дело, состоит из верхних и нижних кварков, антикварков и электронов.
Простота. Хоть и не совсем простота, потому что удерживать кварки связанными нелегко. Они соединяются между собой так плотно, что вы никогда не найдете кварка или антикварка, блуждающего самого по себе. Теория этой связи и частицы, которые принимают в ней участие, а именно глюоны, называется квантовой хромодинамикой. Это важная часть Стандартной модели, математически сложная, а местами даже нерешаемая для базовой математики. Физики делают все возможное, чтобы производить вычисления, но иногда математический аппарат оказывается недостаточно разработан.
Еще один аспект Стандартной модели – «модель лептонов». Это название важнейшей статьи 1967 года, написанной Стивеном Вайнбергом, которая объединила квантовую механику с важнейшими знаниями о том, как взаимодействуют частицы, и организовала их в единую теорию. Он включил электромагнетизм, связал его со «слабой силой», которая приводит к определенным радиоактивным распадам, и объяснил, что это разные проявления одной и той же силы. В эту модель был включен механизм Хиггса, дающий массу фундаментальным частицам.
С тех пор Стандартная модель предсказывала результаты экспериментов за результатами, включая открытие нескольких разновидностей кварков и W- и Z-бозонов – тяжелых частиц, которые в слабых взаимодействиях выполняют ту же роль, что фотон в электромагнетизме. Вероятность того, что нейтрино обладают массой, упустили в 1960-х годах, но подтвердили Стандартной моделью в 1990-х годах, через несколько десятилетий.
Обнаружение бозона Хиггса в 2012 году, давно предсказанного Стандартной моделью и долгожданного, не стало, тем не менее, неожиданностью. Зато стало еще одной важной победой Стандартной модели над темными силами, которые физики частиц регулярно ждут на горизонте. Физикам не нравится, что Стандартная модель не соответствует их представлениям о простой, они обеспокоены ее математической непоследовательностью, а также ищут возможность включить гравитацию в уравнение. Очевидно, это выливается в разные теории физики, которая может быть после Стандартной модели. Так появились теории великого объединения, суперсимметрии, техноколор и теория струн.
К сожалению, теории за пределами Стандартной модели не нашли успешных экспериментальных подтверждений и серьезных брешей в Стандартной модели. Спустя пятьдесят лет именно Стандартная модель ближе всех к статусу теории всего. Удивительная теория почти всего.
Трудности Стандартной модели
Стандартная модель — это исключительно удачная описательная теория мира элементарных частиц. На ее основе можно делать расчеты, часто очень точные, и сравнивать их с тысячами (!) совершенно разных экспериментальных результатов. За исключением нескольких случаев, которые можно пересчитать по пальцам, согласие между Стандартной моделью и опытом поразительно хорошее.
И тем не менее у Стандартной модели есть свои трудности. Многие из них связаны с тем, что эта теория многое описывает, но не объясняет, откуда оно взялось, не позволяет его вывести из более глубоких принципов.
Происхождение хиггсовского механизма
Хиггсовский механизм электрослабой симметрии — ключевой элемент Стандартной модели, которая очень удачно описывает мир элементарных частиц. Однако Стандартная модель не дает никакого объяснения тому, почему вообще есть хиггсовское поле и почему оно обладает таким свойством — образовывать вакуумный конденсат.
Проблема иерархии
В квантовой теории элементарных частиц оказывается, что вакуум — это не абсолютная пустота, а безостановочно бурлящее море виртуальных частиц. Эти виртуальные частицы самых разных сортов появляются на короткий миг и тут же пропадают. Однако если поблизости есть какая-то реальная частица, то они словно окутывают ее и изменяют ее свойства. Все частицы, из которых состоит наш мир, и даже те частицы, которые рождаются на коллайдерах, — это уже частицы, «укутанные» в виртуальную шубу. Массы, заряды и все прочие характеристики наблюдаемых частиц — это характеристики не исходных, а укутанных частиц.
Теоретики учитывают это явление с помощью особой математической процедуры, называемой перенормировкой. Для всех частиц Стандартной модели она работает хорошо, хотя доказать это было непросто (за это в 1999 году Г. ‘т Хоофту и М. Вельтману была присуждена Нобелевская премия по физике). Однако в случае хиггсовского бозона возникает проблема: влияние виртуальных частиц оказалось в теоретических расчетах ненормально сильным и неузнаваемо меняло массу бозона. В самом простейшем варианте, если исходная масса хиггсовского бозона составляла, скажем, 100 ГэВ, то после укутывания в шубу из виртуальных частиц она возрастала в триллионы раз, и такая частица уже не могла играть роль хиггсовского бозона.
Условно говоря, с точки зрения теории, Стандартная модель, будучи предоставлена сама себе, стремится «улететь» на энергетический масштаб, на много порядков превышающий реальный масштаб электрослабых явлений (порядка 200 ГэВ). Внутри Стандартной модели нет никакого сдерживающего фактора, останавливающего рост массы хиггсовского бозона за счет виртуальных частиц. Эта трудность называется проблемой иерархии — теорию сформулировали для работы на одном масштабе, но она «предпочитает жить» на гораздо большем масштабе энергий. (Слово «иерархия» здесь понимается как исключительно сильный дисбаланс энергетических масштабов.)
Есть две точки зрения на эту проблему. Первая возможность заключается в следующем: хиггсовский бозон изначально имел ненормальные свойства, и лишь после того, как он приобрел виртуальную шубу, все ненормальности очень точно скомпенсировались. Физикам такая тонкая подстройка кажется исключительно противоестественной.
Второй выход таков. Если в природе есть какие-то другие частицы, то их — в виртуальном виде — влияние на хиггсовский бозон компенсирует друг друга. Самое важное здесь в том, что во многих моделях физики вне Стандартной модели (в том числе, некоторые неминимальные варианты хиггсовского механизма, а также суперсимметричные теории) эту компенсацию не надо подстраивать, она сама по себе возникает такая, как надо, просто по построению теории. Именно такие теории больше всего привлекают теоретиков.
Парадокс LEP
Примем ту точку зрения, что при повышении энергии Стандартная модель действительно превращается в какую-то более широкую теорию, которая и решает проблему иерархий. В большинстве конкретных примеров получается, что эта Новая физика должна полноправно вступать в свои права при энергии около 1 ТэВ, то есть современные коллайдеры вот-вот откроют новые частицы или силы. Но раз так, Новая физика должна начинать чувствоваться при гораздо меньших масштабах энергий, порядка 100 ГэВ — ведь она «включается» не резко, а постепенно, с ростом энергии.
Проблема, однако, в том, что ни электрон-позитронный коллайдер LEP (полная энергия столкновений почти 200 ГэВ), ни протон-антипротонный коллайдер Тэватрон (полная энергия столкновений 2 ТэВ, что дает типичную энергию партонных столкновений несколько сотен ГэВ) до сих пор не открыли никакого достоверного отклонения от Стандартной модели. Эту же проблему называют «парадоксом LEP»: несмотря на высокую точность данных LEP и несмотря на то, что Новая физика должна быть «за углом», никакого намека на нее LEP не увидел. Впрочем, в последний год работы Тэватрон предъявил сразу несколько результатов, требующих объяснений, однако до настоящего открытия физики за пределами Стандартной модели дело пока не дошло.
Массы фермионов
Еще одной загадочной чертой Стандартной модели является очень большой разброс масс фундаментальных фермионов, то есть кварков и лептонов (см. рис. 2). Массы топ-кварка и электрона различаются в сотни тысяч раз, а если принимать во внимание нейтрино, то в триллион раз! Поскольку массы фермионов в Стандартной модели возникают за счет хиггсовского механизма, то получается, что безразмерные коэффициенты во взаимодействии хиггсовского поля с фермионами тоже разбросаны в очень широком диапазоне.
С точки зрения всего опыта теоретической физики такая ситуация тоже выглядит ненормальной. Физики пытаются понять, может ли существовать какой-то механизм, который естественным образом приводит к такому разбросу. Стандартная модель тут не поможет, но в некоторых нестандартных теориях похожая иерархия масс может возникать.
Нейтрино
Стандартная модель, в том виде, в каком она изначально и строилась, требует, чтобы нейтрино были строго безмассовые. Однако экспериментально доказано, что нейтрино имеют массу, пусть и очень маленькую. Кроме того, нейтрино очень активно смешиваются друг с другом, постоянно перетекая из одного типа в другой. Всё это наводит на мысль, что массы и смешивание нейтрино происходит не из-за хиггсовского механизма, а за счет явления какой-то иной природы. Опять же, в Стандартной модели таких явлений нет, а вот среди разнообразных вариантов Новой физики таких механизмов предостаточно.
Отсутствие частиц темной материи
В астрофизике сейчас считается общепринятым, что во Вселенной, кроме обычного вещества в виде звезд, планет, газопылевых облаков, черных дыр, нейтрино и т. п., существуют и частицы совершенно иной природы, которых мы не видим ни в каком диапазоне электромагнитных волн. Это частицы темной материи, про которые сейчас ничего не известно, кроме того лишь факта, что они движутся с малыми скоростями и практически не взаимодействуют с излучением и обычным веществом. В Стандартной модели нет ни одной частицы, подходящей на эту роль. Однако частицы-кандидаты в темную материю встречаются среди теорий вне Стандартной модели.
Преобладание вещества над антивеществом
По всей видимости, наблюдаемая часть Вселенной состоит практически целиком из вещества — отдельных планет, звезд, галактик, сделанных из антиматерии, нет. Такой дисбаланс вещества над антивеществом должен был возникнуть динамически на самых ранних этапах эволюции Вселенной. Однако расчеты показали, что Стандартная модель породить нужный дисбаланс неспособна. Фактически, само существование мира, каким мы его видим, говорит о недостаточности Стандартной модели.