표준 모형 문서 원본 보기

{{위키데이터 속성 추적}}
{{다른 뜻|표준 우주 모형|입자 물리학의 표준 모형|우주론의 표준 모형}}
{{표준 모형}}
{{양자장론}}
[[입자물리학]]의 '''표준 모형'''(標準模型, {{llang|en|Standard Model}})은 자연계의 [[기본 입자]]와, [[중력]]을 제외한 그 상호작용([[강한 상호작용]], [[약한 상호작용]], [[전자기 상호작용]])을 다루는 [[게이지 이론]]이다. 강력을 다루는 [[양자 색역학]]과, 약력과 전자기력을 다루는 [[전기·약 작용|와인버그-살람 이론]]으로 이루어진다. 표준 모형에 따르면, [[전자]]와 [[중성미자]] 및 기타 [[렙톤]]은 기본 입자이나, [[강입자]]는 [[쿼크]]로 이루어진다. 이들은 [[게이지 보손]]에 의하여 상호작용한다. 게이지 보손은 이론의 대칭을 나타낸다. 표준 모형의 대칭 가운데 강한 상호작용의 대칭은 [[색가둠]]으로 인하여 간접적으로만 관찰할 수 있고, 약한 상호작용의 대칭은 [[힉스 메커니즘]]으로 인하여 [[자발 대칭 깨짐|깨진다]]. 따라서 거시적으로는 전자기 상호작용의 대칭만 쉽게 관찰할 수 있다.

표준 모형은 실험적으로 힉스 메커니즘을 제외하고 1980년대에 완성되었다. 힉스 메커니즘은 2010년대 초에 실험적인 증거가 발견되었다.

== 현상론 ==
=== 표준 모형의 페르미온 ===
표준 모형에서는 [[중성미자]]와 [[게이지 보손]], [[힉스 보손]]을 제외한 모든 입자를 [[디랙 방정식|디랙]] 입자로 나타낸다. 이들 입자는 스핀 ½(즉 [[페르미온]])을 가지며, 질량과 전하를 가지고, 그 [[반입자]]와 서로 다르다. 표준 모형은 이들 입자의 질량을 예측하지 못하나, 대체로 [[세대 (물리학)|세대]]가 높을 수록 더 무겁다. 표준 모형의 디랙 입자 중, 강하게 상호작용하는 입자는 [[쿼크]], 그렇지 않는 입자는 중성미자와 함께 [[렙톤]]으로 분류한다. 쿼크는 ±⅓ 혹은 ±⅔의 전하를 가지고, 중성미자가 아닌 렙톤은 ±1의 전하를 가진다. 이들 입자는 [[힉스 메커니즘]]으로 질량을 얻는다. [[중성미자]]는 바일 입자(손지기 페르미온)으로 나타낸다. 즉 스핀 ½(즉 [[페르미온]])을 가지며, 질량과 전하가 없고, 그 [[반입자]]와 다른 손지기(chirality)를 가진다.<ref>실제 중성미자는 미세하지만 질량을 가진다. 중성미자의 질량을 설명하려면 [[시소 메커니즘]] 따위가 필요하다.</ref>

6종의 쿼크 [[맛깔]]은 시간이 지나면서 서로 다른 맛깔의 쿼크로 변할 수 있는데,<ref>정확히 말하면, 쿼크의 질량 기저가 맛깔 기저와 다르다.</ref> 이를 [[쿼크 섞임]]이라고 한다. 쿼크가 섞이는 정도는 '''CKM행렬'''이라는 수학적 개체로 나타낸다. 이는 이탈리아의 [[니콜라 카비보]](Nicola Cabbibo)와 일본의 [[고바야시 마코토 (물리학자)|고바야시 마코토]]와 [[마스카와 도시히데]]가 도입하였다. 예를 들어, [[중성자]]는 [[양성자]]로 붕괴할 수 있다 ([[베타 붕괴]]). 이 과정에서 [[아래 쿼크]]는 [[위 쿼크]]로 바뀐다. 쿼크 섞임 때문에 표준 모형은 [[CP 대칭]]을 보존하지 않는다.

렙톤의 경우, 표준 모형에서는 렙톤이 섞이지 않는다. 즉, 표준모형은 세 종류의 [[렙톤 수]](전자 수, 뮤온 수, 타우온 수)를 개별적으로 보존한다.<ref>실제로, 렙톤 가운데 [[중성미자]]는 섞일 수 있다. 이를 [[중성미자 진동]]이라고 하며, 이 현상은 [[PMNS 행렬|폰테코르보 마키 나카가와 사카타 (PMNS) 행렬]]에 의하여 나타낸다. 즉, 실제로 세 종류의 렙톤 수는 표준 모형과 달리 개별적으로 보존되지 않는다.</ref>

표준모형의 페르미온은 다음과 같이 세 [[세대 (물리학)|세대]]로 나뉜다. 각 세대의 서로 대응되는 입자는 질량을 제외하고는 정확히 같은 성질을 지닌다. 표준 모형은 왜 세대 구조가 존재하는지 설명하지 못한다.

{| class="wikitable"
|+ '''표준 모형의 [[페르미온]]'''
|----- style="background:#efefef;"
| 이름 || 기호 || [[전하]]<ref>전하의 기준은 전자의 전하를 -1로 했을 때 필요한 값이다.</ref> || 색 || [[질량]]<ref>단위는 MeV(메가전자볼트)이다.</ref>
|-----
| colspan="6" style="background:#ffdead;" |  1세대
|-----
| style="background:#efefef;" | [[전자]]
| e<sup>−</sup> || −1 || (없음) || 0.511 MeV
|-----
| style="background:#efefef;" | 전자 [[중성미자]]
| ν<sub>e</sub> || 0 || (없음) || 0+ε<ref name="중성미자의 질량">표준 모형에서 중성미자의 질량은 정의할 수 없다. 하지만 현재 중성미자의 질량은 매우 작다고 생각된다-그 질량은 전자의 질량보다 작다.</ref><ref name="ε">ε(엡실론; 영어: epsilon)는 수학에서 매우 작은 양수를 나타내는 기호이다. 여기서도 그 뜻으로 사용하였다.</ref>
|-----
| style="background:#efefef;" | 위 쿼크(up quark)
| u ||  +⅔  || 빨강/초록/파랑 || ~5 MeV
|-----
| style="background:#efefef;" | 아래 쿼크(down quark)
| d ||  −⅓    || 빨강/초록/파랑 || ~10 MeV
|-----
| colspan="6" style="background:#ffdead;" | 2세대
|-----
| style="background:#efefef;" | [[뮤온]]
| μ<sup>−</sup> || −1 || (없음) || 105.6 MeV
|-----
| style="background:#efefef;" | 뮤온 중성미자
| ν<sub>μ</sub> || 0 || (없음) || 0+ε<ref name="ε"/>
|-----
| style="background:#efefef;" | 맵시 쿼크(charm quark)
| c || +⅔ || 빨강/초록/파랑 || ~1.5 GeV
|-----
| style="background:#efefef;" | 기묘 쿼크(strange quark)
| s || −⅓ || 빨강/초록/파랑 || ~100 MeV
|-----
| colspan="6" style="background:#ffdead;" | 3세대
|-----
| style="background:#efefef;" | [[타우온]]
| τ<sup>−</sup> || −1 || (없음) || 1.784 GeV
|-----
| style="background:#efefef;" | 타우온 중성미자
| ν<sub>τ</sub> || 0 || (없음) || 0+ε<ref name="ε"/>
|-----
| style="background:#efefef;" | 꼭대기 쿼크(top quark)
| t || +⅔ || 빨강/초록/파랑 || 178 GeV
|-----
| style="background:#efefef;" | 바닥 쿼크(bottom quark)
| b || −⅓ || 빨강/초록/파랑 || ~4.7 GeV
|}

=== 표준 모형의 게이지 보손 ===
표준 모형은 게이지군이 SU(3)<sub>C</sub>×SU(2)<sub>W</sub>×U(1)<sub>Y</sub>인 게이지 이론이다. 이 중 [[강한 상호작용|강력]]은 SU(3)<sub>C</sub>, [[약전자기력]]은 SU(2)<sub>W</sub>×U(1)<sub>Y</sub>에 해당한다. 낮은 에너지에서, [[약전자기력]]의 대칭은 [[힉스 메커니즘]]에 의해 [[자발 대칭 깨짐|자발적으로 깨져]] [[전자기력]]의 U(1)<sub>EM</sub>만 남고, 나머지는 [[약력]]을 이룬다. 이 과정으로 인해 [[힉스 보손]]과 약력의 게이지 보손은 질량을 얻는다. (여기서 U(1)<sub>Y</sub>와 U(1)<sub>EM</sub>은 서로 다른 군이다.)

강력의 게이지 보손은 [[글루온]]이다. SU(3)가 8차원이므로, 글루온은 총 여덟가지의 색을 지닌다. 강력은 오직 쿼크에만 작용하고, 렙톤에는 작용하지 않는다. 쿼크는 세가지의 색을 지닌다.<ref>다시 말해, 강력의 SU(3)는 쿼크에 3중항 [[표현 (수학)|표현]]으로 작용한다.</ref> 이를 가시광선의 [[삼원색]]을 따서 통상적으로 빨강, 초록, 파랑으로 부른다.<ref>[[양자 색역학]]의 색은 이름 밖에는 [[가시광선]]의 색과 무관하다.</ref> 이 때문에 [[강한 상호작용]]을 기술하는 [[양자장론]]을 [[양자 색역학]]이라고 일컫는다.

글루온을 통하여 쿼크의 색이 바뀔 수 있다. 따라서 글루온의 색을 3가지의 색을 다른 색으로 바꾸는 조합 (초록→빨강, 빨강→파랑 등)으로 볼 수 있다. 3가지의 색을 다른 3가지로 바꾸는 조합은 총 3×3=9가지이나, 그중 모든 색을 그대로 두는 (빨강→빨강, 초록→초록, 파랑→파랑) 변환을 제외하여<ref>즉, 리 대수 U(3)=SU(3)×U(1)에서 가환하는 U(1)을 제외하는 것.</ref> 8가지의 색이 남는다.

전약력의 게이지 보손은 SU(2)×U(1)이 4차원이므로 4종인데, 이는 대칭 깨짐 이전의 [[W와 Z보손|W<sup>+</sup>, W<sup>-</sup>, W<sup>0</sup>]] ([[약한 아이소스핀]], SU(2)), B ([[약한 초전하]], U(1))에 해당한다. 대칭 깨짐 이후, W<sup>0</sup>과 B는 [[광자]]와 [[W와 Z보손|Z보손]]으로 섞인다. 전약력의 게이지 군 가운데 SU(2)의 전하는 [[약한 아이소스핀]], U(1)의 전하는 [[약한 초전하]]이다. 대칭이 깨지면서, 약한 아이소스핀의 한 성분과 약한 초전하가 섞여 양자전기역학의 대칭군 U(1)을 이룬다.

{| class=wikitable
|+ '''표준 모형의 [[게이지 보손]]'''
|----- style="background:#efefef;"
| 상호작용 || 게이지 군 || 보손 || 기호 || 전하
| 질량
|-----
| style="background:#efefef;" | [[전자기력]]
| rowspan="3" | SU(2)×U(1) || [[광자]] || γ || 0 || 0
|-----
| rowspan="2" style="background:#efefef;" | [[약한 상호작용]]
| [[Z보손]]
| Z<sup>0</sup>
| 0 || 91.19 GeV
|----- 
| [[W보손]] || W<sup>±</sup> || ±1 || 80.2 GeV
|-----
| style="background:#efefef;" | [[강한 상호작용]]
| SU(3) || [[글루온]] || g || 0 || 0
|}

== 표준 모형의 이론적 구성 ==
=== 대칭 ===
표준 모형은 대부분의 양자장론처럼 많은 수의 대칭을 지닌다. 대칭은 다음과 같이 분류할 수 있다.
* 이산대칭: 연속적이지 않은 대칭. 대표적으로 [[C 대칭]], [[P 대칭]], [[T 대칭]]과 그 조합이 있다.
* 연속적 대칭: 이들을 [[리 군]]을 이룬다. 연속적 대칭은 [[뇌터 정리]]에 의하여 해당하는 보존량을 가진다.
** 전반적 대칭: 모든 곳의 마당 전체를 변환하는 대칭.
*** 시공간 대칭: [[시공]]의 대칭군. 특수상대성이론에서는 [[푸앵카레 군]]이고, 뉴턴역학에서는 [[갈릴레이 군]].
*** 우연한 대칭: 이론에서 가정하지 않았으나 "우연히" 생겨난 대칭. 비(非)건드림이론 차원에서 깨질 수 있다.
** [[게이지 이론|게이지 대칭]] (국소적 대칭): 특정한 구역의 마당만 변환하는 대칭. 이런 대칭을 가진 이론을 [[게이지 이론]]이라고 한다.
==== 이산대칭 ====
자연계에서 [[약력]]은 C 대칭과 P 대칭을 최대로 깬다. 따라서 표준 모형은 이들을 따르지 않는다. [[강력]]의 경우 이론적으로 C 대칭을 깰 수 있으나 ([[강력 CP 문제]]), 이는 관측 불가능할 정도로 작다. 약력은 2[[세대 (물리학)|세대]] 이하에서는 CP 대칭을 보존하지만 3세대 이상으로는 CP 대칭을 깬다 ([[CP 위반]]). 표준 모형은 다른 모든 특수[[상대론]]적 이론과 같이 [[푸앵카레 대칭]]을 따르므로 [[CPT 정리]]에 따라 CPT 대칭을 따른다. CPT는 이산대칭이기 때문에 [[뇌터 정리]]에 해당하지 않고,연관된 보존량도 없다.

==== 게이지 대칭 ====
표준 모형은 SU(3)×SU(2)×U(1)의 대칭군을 가진 [[게이지 이론]]이다. 여기서 SU(3)은 [[색력]]에 해당하고, SU(2)×U(1)은 [[전약력]]에 해당한다. SU(2)를 [[약한 아이소스핀]], U(1)을 [[약한 초전하]]라고 부른다. 이 중 SU(2)×U(1)은 U(1)으로 깨지게 된다. 여기서 깨진 후 남은 U(1)은 전자기 대칭으로, 약한 초전하의 U(1)과는 다르다. 이에 따라 표준 모형은 색전하, 약한 아이소스핀, 약한 초전하를 보존한다.

==== 우연한 대칭 ====
표준 모형은 [[건드림이론]] 수준에서 네 가지의 전반적 (global) 우연대칭 (accidental symmetry)을 가진다. 이는 쿼크 위상 회전, 전자 위상 회전, 뮤온 위상 회전, 타우온 위상 회전이다. 이에 따라, 표준 모형은 바리온 수, 전자 수, 뮤온 수, 타우온 수를 보존한다. 이들은 우연대칭이기 때문에, [[대통일 이론]]에서 깨질 수 있다. 실제로 전자 수, 뮤온 수, 타우온 수의 개별적인 보존은 [[중성미자 진동]]에 의하여 반증되었다. 또한, 우연대칭은 [[건드림이론]]에서는 성립하지만 비(非)건드림적인 효과로 인해 깨질 수 있다. 실제로 표준 모형에서는 비건드림적 효과로 인하여 바리온 수와 렙톤 수가 개별적으로 보존되지 않는다. 즉 ''B+L''은 보존되지 않을 수 있다. 이를 [[스팔레론]](sphaleron)이라고 부른다. 그러나 ''B−L''은 비건드림적으로도 보존된다. 물론 모든 비건드림이론적 효과는 대부분의 경우 극히 미미하고, 빅뱅 초기 ([[바리온 생성]] 및 [[렙톤 생성]])를 제외하고는 관측하기 힘들다. 이 밖에도, 표준 모형은 각종 근사적인 [[맛깔]] 대칭을 지닌다. 가장 기본적으로 [[아이소스핀]]의 SU(2)와 이를 [[초전하]]로 확장한 SU(3)이 있고, 이를 다른 쿼크를 도입하여 더 확장할 수 있다. 맛깔 대칭은 쿼크의 [[질량]]에 의하여 깨진다. 질량이 클 수록 깨지는 정도도 더 심하다.

{|align="center" border="1" cellspacing="0" cellpadding="2" class="wikitable" style="margin:0 0 1em 1em"
|+표준 모형의 대칭
|-
! 대칭
! 리 군
! 종류
! 보존량
|-
|align="center"|푸앵카레
|align="center"|ISO(1,3)
|align="center"|전반적 대칭
|[[4차원 운동량]] · [[각운동량]]
|-
|align="center"|색
|align="center"|SU(3)
|align="center"|게이지 대칭
|색전하
|-
|align="center"|SU(2)<sub>L</sub>
|align="center"|SU(2)
|align="center"|게이지 대칭
|[[약한 아이소스핀]]
|-
|align="center"|U(1)<sub>Y</sub>
|align="center"|U(1)
|align="center"|게이지 대칭
|[[약한 초전하]]
|-
|align="center"|쿼크 위상
|align="center"|U(1)
|align="center"|전반적 우연대칭
|[[중입자수]]
|-
|align="center"|전자 위상
|align="center"|U(1)
|align="center"|전반적 우연대칭
|[[렙톤 수|전자 수]]
|-
|align="center"|뮤온 위상
|align="center"|U(1)
|align="center"|전반적 우연대칭
|[[렙톤 수|뮤온 수]]
|-
|align="center"|타우온 위상
|align="center"|U(1)
|align="center"|전반적 우연대칭
|[[렙톤 수|타우온 수]]
|-
|align="center"|[[CPT 정리|CPT]]
|align="center"|Z<sub>2</sub>
|align="center"|이산대칭
| (없음)
|}

=== 장 ===
아래의 표는 표준 모형에 등장하는 모든 마당을 정리한 것이다. 이 가운데 페르미온 장 (스핀 ½)은 질량을 제외하고 모든 성질이 같은 두 개의 [[세대 (물리학)|세대]]가 더 존재하지만, 생략하였다.

이 표는 왼손 바일 [[스피너]] 대신에 오른손 바일 스피너로 적을 수도 있다. 그렇게 하면, 모든 쿼크를 반쿼크로 바꾸어야 한다. 이는 약력은 [[전반성]] (P) 대칭을 최대로 불복하기 때문이다. 또한, 표준 모형에서 중성미자는 오직 왼손만 존재한다. 즉 모든 중성미자는 왼손잡이며, 반중성미자는 오른손잡이다.

페르미온의 경우, 왼손 입자(<math>Q</math>, <math>L</math>)는 SU(2)<sub>L</sub>의 기본표현(fundamental representation)을 따르나, 왼손 반입자(<math>\bar u</math>, <math>\bar d</math>, <math>\bar e</math>)는 SU(2)<sub>L</sub>에 따라 변환하자 않는다. (반)쿼크(<math>Q</math>, <math>u</math>, <math>d</math>)는 SU(3)<sub>c</sub>의 (반)기본표현을 따르나, 렙톤(<math>L</math>, <math>\bar e</math>)은 SU(3)<sub>c</sub>에 따라 변환하지 않는다. 게이지 장(<math>B</math>, <math>W</math>, <math>G</math>)은 해당 게이지 대칭에 대하여 [[딸림표현]]을 따르고, 로렌츠 벡터이며, 다른 게이지 대칭에는 변환하지 않는다.

{|align="center" border="1" cellspacing="0" cellpadding="2" class="wikitable" style="margin:0 0 1em 1em"
|+표준 모형의 장
|-
!장 (1[[세대 (물리학)|세대]])
!기호
!로런츠 표현
!SU(3)<sub>c</sub> 표현
!SU(2)<sub>L</sub> 표현
!U(1)<sub>Y</sub> 표현
!중입자수
!렙톤 수
|-
|왼손 [[쿼크]]
|<math>Q_\text{L}</math>
|align="center"|('''½''','''0''')
|align="center"|'''3'''
|align="center"|'''2'''
|align="center"|⅓
|align="center"|⅓
|align="center"|0
|-
|왼손 [[위 쿼크|위 반쿼크]]
|<math>\bar u_\text{L} \equiv (u_\text{R})^c\,</math>
|align="center"|('''½''','''0''')
|align="center"|'''{{overline|3}}'''
|align="center"|'''1'''
|align="center"|−1⅓
|align="center"|−⅓
|align="center"|0
|-
|왼손 [[아래 쿼크|아래 반쿼크]]
|<math>\bar d_\text{L} \equiv (d_\text{R})^c\,</math>
|align="center"|('''½''','''0''')
|align="center"|'''{{overline|3}}'''
|align="center"|'''1'''
|align="center"|⅔
|align="center"|−⅓
|align="center"|0
|-
|왼손 [[렙톤]]
|<math>L_\text{L}</math>
|align="center"|('''½''','''0''')
|align="center"|'''1'''
|align="center"|'''2'''
|align="center"|−1
|align="center"|0
|align="center"|1
|-
|왼손 [[양전자]]
|<math>\bar e_\text{L} \equiv (e_\text{R})^c\,</math>
|align="center"|('''½''','''0''')
|align="center"|'''1'''
|align="center"|'''1'''
|align="center"|2
|align="center"|0
|align="center"|−1
|-
|약한 초전하 게이지
|<math>B_\mu</math>
|align="center"|('''½''','''½''')
|align="center"|'''1'''
|align="center"|'''1'''
|align="center"|0
|align="center"|0
|align="center"|0
|-
|약한 아이소스핀 게이지
|<math>W_\mu</math>
|align="center"|('''½''','''½''')
|align="center"|'''1'''
|align="center"|'''3'''
|align="center"|0
|align="center"|0
|align="center"|0
|-
|[[글루온]]
|<math>G_\mu</math>
|align="center"|('''½''','''½''')
|align="center"|'''8'''
|align="center"|'''1'''
|align="center"|0
|align="center"|0
|align="center"|0
|-
|[[힉스 보손]]
|<math>H</math>
|align="center"|('''0''','''0''')
|align="center"|'''1'''
|align="center"|'''2'''
|align="center"|1
|align="center"|0
|align="center"|0
|}

=== 상수 ===
표준 모형은 19개의 상수를 포함한다.
{|align="center" border="1" cellspacing="0" cellpadding="2" class="wikitable" style="margin:0 0 1em 1em"
|+표준 모형의 상수
|-
! 기호
! 이름
! [[재규격화]]방식
! 값
|-
|''m''<sub>e</sub>
| [[전자]] 질량
|
|511 keV
|-
|''m''<sub>μ</sub>
| [[뮤온]] 질량
|
|106 MeV
|-
|''m''<sub>τ</sub>
|[[타우온]] 질량
|
|1.78 GeV
|-
|''m''<sub>u</sub>
|[[위 쿼크]] 질량
|''μ''<sub>[[최소뺄셈방식|{{overline|MS}}]]</sub> = 2 GeV
|2.3 MeV
|-
|''m''<sub>d</sub>
|[[아래 쿼크]] 질량
|''μ''<sub>{{overline|MS}}</sub> = 2 GeV
|4.8 MeV
|-
|''m''<sub>s</sub>
|[[기묘 쿼크]] 질량
|''μ''<sub>{{overline|MS}}</sub> = 2 GeV
|95 MeV
|-
|''m''<sub>c</sub>
| [[맵시 쿼크]] 질량
|''μ''<sub>{{overline|MS}}</sub> = ''m''<sub>c</sub>
|1.275(25) GeV
|-
|''m''<sub>b</sub>
|  [[바닥 쿼크]] 질량
|''μ''<sub>{{overline|MS}}</sub> = ''m''<sub>b</sub>
|4.18(3) GeV
|-
|''m''<sub>t</sub>
| [[꼭대기 쿼크]] 질량
| [[질량껍질]] 위 방식
|173.07(±0.52±0.72) GeV
|-
|''θ''<sub>12</sub>
| 1세대-2세대 [[쿼크 섞임]] 각
|
|13.1°
|-
|''θ''<sub>23</sub>
|2세대-3세대 [[쿼크 섞임]] 각
|
|2.4°
|-
|''θ''<sub>13</sub>
|1세대-3세대 [[쿼크 섞임]] 각
|
|0.2°
|-
|''δ''
|[[쿼크 섞임]] [[CP 위반]] 위상
|
|0.995
|-
|''g''<sub>1</sub>
|[[전약력]] U(1)<sub>Y</sub> 결합상수
|''μ''<sub>{{overline|MS}}</sub> = ''m''<sub>Z</sub>
|0.357
|-
|''g''<sub>2</sub>
|[[전약력]] SU(2)<sub>L</sub> 결합상수
|''μ''<sub>{{overline|MS}}</sub> = ''m''<sub>Z</sub>
|0.652
|-
|''g''<sub>3</sub>
|[[색력]] 결합상수
|''μ''<sub>{{overline|MS}}</sub> = ''m''<sub>Z</sub>
|1.221
|-
|''θ''<sub>QCD</sub>
|색역학 [[CP 위반]] 진공각
|
|<10<sup>−10</sup>
|-
|''v''
|[[힉스 장]] [[진공 기댓값]]
|
| 246 GeV
|-
|''m''<sub>H</sub>
| [[힉스 보손]] 질량
|
| 125.9(4) GeV
|}

== 표준 모형의 결함 ==
표준 모형은 이론적으로 여러가지의 결함을 가지고 있고, 또 현상론적으로 관측된 일부 현상을 설명하지 못한다. 이 때문에 학자들은 표준모형이 더 기본적인 이론을 근사하는 [[유효 이론]]이며, 더 높은 에너지에서는 표준모형이 다루지 않는 새 현상이 나타나리라고 기대한다. [[거대 하드론 충돌기]]에서 행해지는 여러 실험은 표준모형의 한계를 드러낼 것이다.

=== 이론적 결함 ===
표준 모형은 이론적으로 여러 자연스러움 (naturality) 문제를 안고 있다. 이는 표준 모형에 등장하는 몇몇 상수가 너무나 큰 값 또는 작은 값을 가지는 것이다. 이런 문제를 해결하려면 대개 더 강력한 대칭을 도입하여 상수가 왜 그렇게 크거나 작은 값을 가지는지 설명해야 한다. 이런 종류의 이론은 [[대통일 이론]]이나 [[초대칭]] 따위가 있다.

<dl>
<dt>[[계층 문제]]
<dd>[[전약력]]의 [[자발 대칭 깨짐]]이 일어나는 눈금은 [[플랑크 에너지|플랑크 눈금]]보다 터무니없이 작다. 표준 모형에서는 전약력 대칭 파괴는 스칼라 [[힉스 보손]]으로 일으켜지나, 스칼라 입자의 질량은 ([[초대칭]]이 없는 이상) 방사 보정에 대하여 안정하지 못하다. 따라서 일반적으로 새로운 물리가 나타나는 눈금(대통일 눈금이나 플랑크 눈금) 정도이여야 하는데, [[힉스 보손]]의 질량은 플랑크 질량보다 훨씬 작다.
<dt>[[CP 위반]] 문제
<dd>[[강력]]이 CP대칭을 위반하는 정도는 지나치게 작다.
<dt>[[우주 상수]] 문제
<dd>[[진공]]의 에너지 밀도는 플랑크 에너지 밀도에 비하여 지나치게 작다. 이론적으로는 진공에너지([[우주상수]])는 무한대이거나 중력을 고려하면 플랑크 에너지 눈금에 있어야 하는데, 관측된 값은 이보다 훨씬 작다.
</dl>

또한 표준 모형은 여러가지로 임의적인 면이 있다. 표준 모형은 3세대로 구성되어 있지만 왜 3세대로 구성되었는지 설명하지 않는다. 2세대가 발견되었을 때 [[이지도어 아이작 라비]]는 "누가 그걸 주문했어?"라고 외칠 정도로, 세대의 존재와 그 수는 언뜻 보면 불필요한 구조다.

표준 모형은 전하의 [[양자화 (물리학)|양자화]]를 설명하지 않는다. [[폴 디랙]]은 전하의 양자화를 설명하려면 [[자기 홀극]]이 필요하다는 사실을 보였으나 표준 모형은 자기 홀극을 포함하지 않는다.

또한 표준 모형은 19개의 자유 변수를 가진다. 이 자유 변수의 수는 기본 이론이라고 보기에는 너무 많다.

=== 현상론적 결함 ===
표준 모형은 입자 물리학의 거의 모든 실험 결과를 오차 범위 안으로 설명한다. 그러나 표준모형은 중력을 다루지 않는다. 또 표준 모형은 [[중성미자]]를 무질량 입자로 다루지만, 실제로 중성미자는 아주 작지만 영이 아닌 질량을 가진다([[중성미자 진동]]). 이 질량이 어떤 종류인지 (즉 중성미자가 [[디랙 입자]]인지 [[마요라나 입자]]인지) 아직 확실하지 않다.

또한 표준 모형은 아무런 [[암흑 물질]] 입자를 포함하지 않는다. 표준 모형에서 암흑 물질로 간주할 수 있는 입자는 [[중성미자]]밖에 없는데, 중성미자는 이론적으로 전체 암흑 물질 양의 소량만을 차지한다.

== 같이 보기 ==
* [[양-밀스 이론]]
* [[기본 상호작용]]
* [[게이지 이론]]
* [[세대 (물리학)]]
* [[힉스 메커니즘]]
* [[라그랑지언]]
* [[양자장론]]
* [[전자 전이 쌍극자 모멘트]]

== 각주 ==
{{각주}}

== 참고 문헌 ==
* {{서적 인용|제목=소립자와 게이지 상호작용|저자=김진의|출판사=민음사|url=http://minumsa.minumsa.com/book/899/|날짜=1984|isbn=89-374-3500-4|언어=ko}}

== 외부 링크 ==
* [http://pdg.lbl.gov/pdg.html The Review of Particle Physics](英)(소립자 물리학의 총론) -- 2002년까지의 소립자 실험과 이론을 정리한 논문)
* [https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3566945&cid=58941&categoryId=58960 네이버 캐스트 - 물리학의 표준 모형]

{{전거 통제}}

[[분류:표준 모형| ]]
[[분류:입자물리학]]
[[분류:양자장론]]
[[분류:물리학 개념]]