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「標準模型を超える物理」の版間の差分

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注目すべき例には次のようなものがある。
注目すべき例には次のようなものがある。


* ''Proton radius puzzle'' – 標準模型は普通の水素の原子半径の大きさ（陽子-電子系）とミューオニック水素の原子半径の大きさ（[[ミュー粒子]]が電子の重い変種として振舞う陽子-ミュー粒子系）に関して正確な理論的予測をする。しかし、測定されたミューオニック水素の原子半径は、既存の物理定数測定値を用いて標準模型により予測されたものとは標準偏差の7倍に相当する違いがある<ref>{{cite journal |author1=Randolf Pohl |author2=Ronald Gilman |author3=Gerald A. Miller |author4=Krzysztof Pachucki |year=2013 |title=Muonic hydrogen and the proton radius puzzle |arxiv=1301.0905 |journal=[[Annu. Rev. Nucl. Part. Sci.]] |volume=63 |doi=10.1146/annurev-nucl-102212-170627 |quote=The recent determination of the proton radius using the measurement of the Lamb shift in the muonic hydrogen atom startled the physics world. The obtained value of 0.84087(39) fm differs by about 4% or 7 standard deviations from the CODATA value of 0.8775(51) fm. The latter is composed from the electronic hydrogenate atom value of 0.8758(77) fm and from a similar value with larger uncertainties determined by electron scattering.|bibcode = 2013ARNPS..63..175P |pages=175–204}}</ref>。初期の実験における誤差推定値の正確さ（本当に小さな距離を測定する場合は、互いに4%以内におさまる）と矛盾を説明できる十分に動機づけられた理論の欠如に対する疑念があったため、物理学者たちは、結果が明らかに統計的有意性をもっており結果の実験的エラーの原因がはっきりと特定されていないにも関わらず、これらの結果を標準模型と矛盾するものと説明するのをためらった<ref>{{Cite journal|last=Carlson|first=Carl E.|date=May 2015|title=The Proton Radius Puzzle|journal=Progress in Particle and Nuclear Physics|volume=82|pages=59–77|arxiv=1502.05314|bibcode=2015PrPNP..82...59C|DOI=10.1016/j.ppnp.2015.01.002}}</ref>。
* ''Proton radius puzzle'' – 標準模型は普通の水素の原子半径の大きさ（陽子-電子系）とミューオニック水素の原子半径の大きさ（[[ミュー粒子]]が電子の重い変種として振舞う陽子-ミュー粒子系）に関して正確な理論的予測をする。しかし、測定されたミューオニック水素の原子半径は、既存の物理定数測定値を用いて標準模型により予測されたものとは標準偏差の7倍に相当する違いがある<ref>{{cite journal |author1=Randolf Pohl |author2=Ronald Gilman |author3=Gerald A. Miller |author4=Krzysztof Pachucki |year=2013 |title=Muonic hydrogen and the proton radius puzzle |arxiv=1301.0905 |journal=[[Annu. Rev. Nucl. Part. Sci.]] |volume=63 |doi=10.1146/annurev-nucl-102212-170627 |quote=The recent determination of the proton radius using the measurement of the Lamb shift in the muonic hydrogen atom startled the physics world. The obtained value of 0.84087(39) fm differs by about 4% or 7 standard deviations from the CODATA value of 0.8775(51) fm. The latter is composed from the electronic hydrogenate atom value of 0.8758(77) fm and from a similar value with larger uncertainties determined by electron scattering.|bibcode = 2013ARNPS..63..175P |pages=175–204}}</ref>。初期の実験における誤差推定値の正確さ（本当に小さな距離を測定する場合は、互いに4%以内におさまる）と矛盾を説明できる十分に動機づけられた理論の欠如に対する疑念があったため、物理学者たちは、結果が明らかに統計的有意性をもっており結果の実験的エラーの原因がはっきりと特定されていないにも関わらず、これらの結果を標準模型と矛盾するものと説明するのをためらった<ref>{{Cite journal|last=Carlson|first=Carl E.|date=May 2015|title=The Proton Radius Puzzle|journal=Progress in Particle and Nuclear Physics|volume=82|pages=59–77|arxiv=1502.05314|bibcode=2015PrPNP..82...59C|doi=10.1016/j.ppnp.2015.01.002}}</ref>。
* ''ミュー粒子の[[異常磁気モーメント|異常磁気双極子モーメント]]'' – ミュー粒子の異常磁気双極子モーメントの実験的測定値（ミュー粒子 "g&nbsp;&#x2212;&nbsp;2"）は、標準模型の予測とは大きく異なる<ref>{{Cite arXiv|arxiv=1311.2198|title=The Muon (g&nbsp;-&nbsp;2) Theory Value: Present and Future|author1=Thomas Blum|author2=Achim Denig|author3=Ivan Logashenko|author4=Eduardo de Rafael|year=2013}}</ref>。
* ''ミュー粒子の[[異常磁気モーメント|異常磁気双極子モーメント]]'' – ミュー粒子の異常磁気双極子モーメントの実験的測定値（ミュー粒子 "g&nbsp;&#x2212;&nbsp;2"）は、標準模型の予測とは大きく異なる<ref>{{Cite arXiv|arxiv=1311.2198|title=The Muon (g&nbsp;-&nbsp;2) Theory Value: Present and Future|author1=Thomas Blum|author2=Achim Denig|author3=Ivan Logashenko|author4=Eduardo de Rafael|year=2013}}</ref>。
* ''B中間子崩壊など'' – BaBar実験の結果はある種の粒子崩壊 ({{Nowrap|{{overline|B}} → D<sup>(*)&nbsp;</sup>τ<sup>&minus;&nbsp;</sup>{{overline|ν}}<sub>τ</sub>}}) の標準模型の予測を超える余剰を示唆することがある。この場合、電子と陽電子が衝突し[[B中間子]]と反物質{{Overline|B}}中間子が生じ、これは次に[[D中間子]]、[[タウ粒子|タウレプトン]]、[[タウニュートリノ|タウ反ニュートリノ]]に崩壊する。過剰の確実性のレベル（統計的言語において3.4シグマ）は標準模型からの逸脱を主張するのに十分ではないが、この結果は何かおかしいことの潜在的な兆候であり、ヒッグス粒子の特性を推測しようとするものなど既存の理論に影響を与える可能性がある<ref name="BaBar Data Suggests Possible Flaws in the Standard Model June 18 19, 2012">
* ''B中間子崩壊など'' – BaBar実験の結果はある種の粒子崩壊 ({{Nowrap|{{overline|B}} → D<sup>(*)&nbsp;</sup>τ<sup>&minus;&nbsp;</sup>{{overline|ν}}<sub>τ</sub>}}) の標準模型の予測を超える余剰を示唆することがある。この場合、電子と陽電子が衝突し[[B中間子]]と反物質{{Overline|B}}中間子が生じ、これは次に[[D中間子]]、[[タウ粒子|タウレプトン]]、[[タウニュートリノ|タウ反ニュートリノ]]に崩壊する。過剰の確実性のレベル（統計的言語において3.4シグマ）は標準模型からの逸脱を主張するのに十分ではないが、この結果は何かおかしいことの潜在的な兆候であり、ヒッグス粒子の特性を推測しようとするものなど既存の理論に影響を与える可能性がある<ref name="BaBar Data Suggests Possible Flaws in the Standard Model June 18 19, 2012">
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|doi=10.1103/PhysRevLett.109.101802
|doi=10.1103/PhysRevLett.109.101802
|pmid=23005279
|pmid=23005279
}}</ref>。2015年、LHCbは分岐率の同じ比率で2.1シグマの過剰を観測したと報告した<ref>{{Cite journal|last=Aaij|first=R.|year=2015|title=Measurement of the Ratio of Branching Fractions ...|journal=Physical Review Letters|volume=115|issue=11|page=111803|arxiv=1506.08614|bibcode=2015PhRvL.115k1803A|DOI=10.1103/PhysRevLett.115.111803|PMID=26406820}}</ref>。[[ベル実験]]も過剰を報告した<ref>{{Cite web|author=Clara Moskowitz|url=http://www.scientificamerican.com/article/2-accelerators-find-particles-that-may-break-known-laws-of-physics1/|title=2 Accelerators Find Particles That May Break Known Laws of Physics|date=September 9, 2015|website=[[Scientific American]]|accessdate=2019-09}}</ref>。2017年、SMから5シグマの偏差が報告された<ref>{{Cite journal|last=Capdevila|first=Bernat|year=2018|title=Patterns of New Physics in <math>b \to s\ell^+ \ell^-</math> transitions in the light of recent data|journal=Journal of High Energy Physics|volume=2018|pages=093|arxiv=1704.05340|DOI=10.1007/JHEP01(2018)093}}</ref>。
}}</ref>。2015年、LHCbは分岐率の同じ比率で2.1シグマの過剰を観測したと報告した<ref>{{Cite journal|last=Aaij|first=R.|year=2015|title=Measurement of the Ratio of Branching Fractions ...|journal=Physical Review Letters|volume=115|issue=11|page=111803|arxiv=1506.08614|bibcode=2015PhRvL.115k1803A|doi=10.1103/PhysRevLett.115.111803|pmid=26406820}}</ref>。[[ベル実験]]も過剰を報告した<ref>{{Cite web|author=Clara Moskowitz|url=http://www.scientificamerican.com/article/2-accelerators-find-particles-that-may-break-known-laws-of-physics1/|title=2 Accelerators Find Particles That May Break Known Laws of Physics|date=September 9, 2015|website=[[Scientific American]]|accessdate=2019-09}}</ref>。2017年、SMから5シグマの偏差が報告された<ref>{{Cite journal|last=Capdevila|first=Bernat|year=2018|title=Patterns of New Physics in <math>b \to s\ell^+ \ell^-</math> transitions in the light of recent data|journal=Journal of High Energy Physics|volume=2018|pages=093|arxiv=1704.05340|doi=10.1007/JHEP01(2018)093}}</ref>。


=== 観測されていない理論的予測 ===
=== 観測されていない理論的予測 ===
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* ''[[階層性問題]]''&nbsp;– 標準模型では[[ヒッグス機構|ヒッグス]]場により生じる[[自発的対称性の破れ]]として知られる過程を介して粒子質量が導入される。標準模型内ではヒッグスの質量は、[[仮想粒子]]（ほとんどが仮想[[トップクォーク]]）の存在により非常に大きな量子補正を受ける。これらの補正はヒッグスの実際の質量よりもずっと大きい。このことは標準模型のヒッグスの裸の質量パラメータを量子補正をほぼ完全にキャンセルするように微調整する必要があることを意味する<ref name="Hierarchy">{{Cite web|url=http://profmattstrassler.com/articles-and-posts/particle-physics-basics/the-hierarchy-problem/|title=The Hierarchy Problem|website=Of Particular Significance|date=August 14, 2011|accessdate=2015-12-13}}</ref>。このレベルの微調整は多くの理論家により不自然であるとみなされている{{誰|date=September 2018}}。
* ''[[階層性問題]]''&nbsp;– 標準模型では[[ヒッグス機構|ヒッグス]]場により生じる[[自発的対称性の破れ]]として知られる過程を介して粒子質量が導入される。標準模型内ではヒッグスの質量は、[[仮想粒子]]（ほとんどが仮想[[トップクォーク]]）の存在により非常に大きな量子補正を受ける。これらの補正はヒッグスの実際の質量よりもずっと大きい。このことは標準模型のヒッグスの裸の質量パラメータを量子補正をほぼ完全にキャンセルするように微調整する必要があることを意味する<ref name="Hierarchy">{{Cite web|url=http://profmattstrassler.com/articles-and-posts/particle-physics-basics/the-hierarchy-problem/|title=The Hierarchy Problem|website=Of Particular Significance|date=August 14, 2011|accessdate=2015-12-13}}</ref>。このレベルの微調整は多くの理論家により不自然であるとみなされている{{誰|date=September 2018}}。
* パラメータの数&nbsp;– 標準模型は19の数値パラメータに依存している。これらの値は実験から分かっているが、その起源は不明である。理論家の中には{{誰|date=September 2018}}異なるパラメータ間の関係、例えば異なる[[世代 (素粒子)|世代]]の粒子の質量間の関係、や漸近安全シナリオなどの粒子質量の計算を見つけようとした者もいる{{要出典|date=September 2018}}。
* パラメータの数&nbsp;– 標準模型は19の数値パラメータに依存している。これらの値は実験から分かっているが、その起源は不明である。理論家の中には{{誰|date=September 2018}}異なるパラメータ間の関係、例えば異なる[[世代 (素粒子)|世代]]の粒子の質量間の関係、や漸近安全シナリオなどの粒子質量の計算を見つけようとした者もいる{{要出典|date=September 2018}}。
* ''量子的自明性''&nbsp;– 基本スカラーヒッグス粒子含む無矛盾な場の量子論を作ることは不可能かもしれないことを示唆している。これはランダウ極問題と呼ばれることもある<ref name="TrivPurs">{{Cite journal|last=Callaway|first=D. J. E.|author-link=David J E Callaway|year=1988|title=Triviality Pursuit: Can Elementary Scalar Particles Exist?|journal=[[Physics Reports]]|volume=167|issue=5|pages=241–320|bibcode=1988PhR...167..241C|DOI=10.1016/0370-1573(88)90008-7}}</ref>。
* ''量子的自明性''&nbsp;– 基本スカラーヒッグス粒子含む無矛盾な場の量子論を作ることは不可能かもしれないことを示唆している。これはランダウ極問題と呼ばれることもある<ref name="TrivPurs">{{Cite journal|last=Callaway|first=D. J. E.|author-link=David J E Callaway|year=1988|title=Triviality Pursuit: Can Elementary Scalar Particles Exist?|journal=[[Physics Reports]]|volume=167|issue=5|pages=241–320|bibcode=1988PhR...167..241C|doi=10.1016/0370-1573(88)90008-7}}</ref>。
* ''強いCP問題''&nbsp;– 理論的には標準模型は[[強い相互作用]]のセクターで[[CP対称性の破れ|CP対称性]]を破る項（物質と[[反物質]]の関係）を含めるべきと主張できる。しかし、実験的にはこのような背くようなものは発見されておらず、この項の係数が0に非常に近いことを暗示している<ref name="Strong CP problem">{{Cite conference|first1=Thomas|last=Mannel|author-link=|title=Theory and Phenomenology of CP Violation|booktitle=Nuclear Physics B, vol. 167|volume=167|pages=170–174|publisher=Elsevier|conference=The 7th International Conference on Hyperons, Charm And Beauty Hadrons (BEACH 2006)|date=2–8 July 2006|place=Lancaster|url=https://indico.cern.ch/event/427023/session/6/contribution/43/attachments/912026/1288208/Lancester-Mannel-Proc.pdf|doi=10.1016/j.nuclphysbps.2006.12.083|access-date=15 Aug 2015|bibcode=2007NuPhS.167..170M}}</ref>。この微調整も不自然とみなされている。[誰によって？]
* ''強いCP問題''&nbsp;– 理論的には標準模型は[[強い相互作用]]のセクターで[[CP対称性の破れ|CP対称性]]を破る項（物質と[[反物質]]の関係）を含めるべきと主張できる。しかし、実験的にはこのような背くようなものは発見されておらず、この項の係数が0に非常に近いことを暗示している<ref name="Strong CP problem">{{Cite conference|first1=Thomas|last=Mannel|author-link=|title=Theory and Phenomenology of CP Violation|booktitle=Nuclear Physics B, vol. 167|volume=167|pages=170–174|publisher=Elsevier|conference=The 7th International Conference on Hyperons, Charm And Beauty Hadrons (BEACH 2006)|date=2–8 July 2006|place=Lancaster|url=https://indico.cern.ch/event/427023/session/6/contribution/43/attachments/912026/1288208/Lancester-Mannel-Proc.pdf|doi=10.1016/j.nuclphysbps.2006.12.083|access-date=15 Aug 2015|bibcode=2007NuPhS.167..170M}}</ref>。この微調整も不自然とみなされている。[誰によって？]


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このように標準模型の対称性を統一する理論は[[大統一理論]](GUT)と呼ばれ、統一された対称性が破られるエネルギースケールはGUTスケールと呼ばれる。一般的に大統一理論により初期宇宙における[[磁気単極子]]<ref>
このように標準模型の対称性を統一する理論は[[大統一理論]](GUT)と呼ばれ、統一された対称性が破られるエネルギースケールはGUTスケールと呼ばれる。一般的に大統一理論により初期宇宙における[[磁気単極子]]<ref>
{{Cite web|author=Milstead|first=D.|url=http://pdg.lbl.gov/2010/reviews/rpp2010-rev-mag-monopole-searches.pdf|title=Magnetic Monopoles|publisher=[[Particle Data Group]]|date=2009|accessdate=2010-12-20}}</ref>と[[陽子]]の不安定性が予測される<ref>
{{Cite web|author=Milstead|first=D.|url=http://pdg.lbl.gov/2010/reviews/rpp2010-rev-mag-monopole-searches.pdf|title=Magnetic Monopoles|publisher=[[Particle Data Group]]|date=2009|accessdate=2010-12-20}}</ref>と[[陽子]]の不安定性が予測される<ref>
{{Cite journal|last=P.|first=Nath|last2=P. F.|first2=Perez|year=2007|title=Proton stability in grand unified theories, in strings, and in branes|journal=[[Physics Reports]]|volume=441|issue=5–6|pages=191–317|arxiv=hep-ph/0601023|bibcode=2007PhR...441..191N|DOI=10.1016/j.physrep.2007.02.010}}</ref>。このどちらも観測されておらず、この観測不足は考えうるGUTに制限を課している。
{{Cite journal|last=P.|first=Nath|last2=P. F.|first2=Perez|year=2007|title=Proton stability in grand unified theories, in strings, and in branes|journal=[[Physics Reports]]|volume=441|issue=5–6|pages=191–317|arxiv=hep-ph/0601023|bibcode=2007PhR...441..191N|doi=10.1016/j.physrep.2007.02.010}}</ref>。このどちらも観測されておらず、この観測不足は考えうるGUTに制限を課している。


== 超対称性 ==
== 超対称性 ==
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|eprint=hep-ph/0305245v1
|eprint=hep-ph/0305245v1
}}</ref>。これにより、重い右巻きニュートリノの存在は左巻きニュートリノの小さい質量と観測における右巻きニュートリノの不在の両方を説明する。しかし、ディラックニュートリノの質量の不確実性により右巻きニュートリノの質量はいたるところにある可能性がある。例えば、これらはkeVと同じくらい軽く[[暗黒物質]]である可能性があり<ref>
}}</ref>。これにより、重い右巻きニュートリノの存在は左巻きニュートリノの小さい質量と観測における右巻きニュートリノの不在の両方を説明する。しかし、ディラックニュートリノの質量の不確実性により右巻きニュートリノの質量はいたるところにある可能性がある。例えば、これらはkeVと同じくらい軽く[[暗黒物質]]である可能性があり<ref>
{{Cite journal|last=Dodelson|first=S.|last2=Widrow|first2=L. M.|year=1994|title=Sterile neutrinos as dark matter|journal=[[Physical Review Letters]]|volume=72|issue=1|pages=17–20|arxiv=hep-ph/9303287|bibcode=1994PhRvL..72...17D|DOI=10.1103/PhysRevLett.72.17|PMID=10055555}}</ref>、[[大型ハドロン衝突型加速器|LHC]]のエネルギー範囲に質量を持ち<ref>
{{Cite journal|last=Dodelson|first=S.|last2=Widrow|first2=L. M.|year=1994|title=Sterile neutrinos as dark matter|journal=[[Physical Review Letters]]|volume=72|issue=1|pages=17–20|arxiv=hep-ph/9303287|bibcode=1994PhRvL..72...17D|doi=10.1103/PhysRevLett.72.17|pmid=10055555}}</ref>、[[大型ハドロン衝突型加速器|LHC]]のエネルギー範囲に質量を持ち<ref>
{{Cite journal|last=Minkowski|first=P.|date=1977|title=&mu; &rarr; e &gamma; at a Rate of One Out of 10<sup>9</sup> Muon Decays?|journal=[[Physics Letters B]]|volume=67|issue=4|page=421|bibcode=1977PhLB...67..421M|DOI=10.1016/0370-2693(77)90435-X}}</ref><ref>
{{Cite journal|last=Minkowski|first=P.|date=1977|title=&mu; &rarr; e &gamma; at a Rate of One Out of 10<sup>9</sup> Muon Decays?|journal=[[Physics Letters B]]|volume=67|issue=4|page=421|bibcode=1977PhLB...67..421M|doi=10.1016/0370-2693(77)90435-X}}</ref><ref>
{{Cite journal|last=Mohapatra|first=R. N.|last2=Senjanovic|first2=G.|date=1980|title=Neutrino mass and spontaneous parity nonconservation|journal=[[Physical Review Letters]]|volume=44|issue=14|page=912|bibcode=1980PhRvL..44..912M|DOI=10.1103/PhysRevLett.44.912}}</ref>、観測可能な[[レプトン数]]の違反につながる可能性がある<ref>
{{Cite journal|last=Mohapatra|first=R. N.|last2=Senjanovic|first2=G.|date=1980|title=Neutrino mass and spontaneous parity nonconservation|journal=[[Physical Review Letters]]|volume=44|issue=14|page=912|bibcode=1980PhRvL..44..912M|doi=10.1103/PhysRevLett.44.912}}</ref>、観測可能な[[レプトン数]]の違反につながる可能性がある<ref>
{{Cite journal|last=Keung|first=W.-Y.|last2=Senjanovic|first2=G.|date=1983|title=Majorana Neutrinos And The Production Of The Right-handed Charged Gauge Boson|journal=[[Physical Review Letters]]|volume=50|issue=19|page=1427|bibcode=1983PhRvL..50.1427K|DOI=10.1103/PhysRevLett.50.1427}}</ref>。もしくは、それらはGUTスケールに近く、右巻きニュートリノを大統一理論の可能性に結び付けることができる可能性もある<ref name="Gell-Mann1979">
{{Cite journal|last=Keung|first=W.-Y.|last2=Senjanovic|first2=G.|date=1983|title=Majorana Neutrinos And The Production Of The Right-handed Charged Gauge Boson|journal=[[Physical Review Letters]]|volume=50|issue=19|page=1427|bibcode=1983PhRvL..50.1427K|doi=10.1103/PhysRevLett.50.1427}}</ref>。もしくは、それらはGUTスケールに近く、右巻きニュートリノを大統一理論の可能性に結び付けることができる可能性もある<ref name="Gell-Mann1979">
{{Cite book|last=Gell-Mann|first=M.|last2=Ramond|first2=P.|last3=Slansky|first3=R.|date=1979|title=Supergravity|editor=P. van Nieuwenhuizen|publisher=[[North Holland]]}}</ref><ref>
{{Cite book|last=Gell-Mann|first=M.|last2=Ramond|first2=P.|last3=Slansky|first3=R.|date=1979|title=Supergravity|editor=P. van Nieuwenhuizen|publisher=[[North Holland]]}}</ref><ref>
{{Cite book|last=Glashow|first=S. L.|title=Proceedings of the 1979 Cargèse Summer Institute on Quarks and Leptons|date=1979|editor=M. Levy|publisher=[[Plenum Press]]}}</ref>。
{{Cite book|last=Glashow|first=S. L.|title=Proceedings of the 1979 Cargèse Summer Institute on Quarks and Leptons|date=1979|editor=M. Levy|publisher=[[Plenum Press]]}}</ref>。
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== プレオン模型 ==
== プレオン模型 ==
クォークとレプトンには3つの世代があるという事実に関する未解決問題を処理するために、[[プレオン]]模型がいくつか提案されている。プレオン模型は通常、いくつか追加の新たな粒子を仮定する。これらの粒子はさらに結合して標準模型のクォークとレプトンを形成すると仮定されている。初期のプレオン模型の1つは{{仮リンク|Rishon模型|en|Rishon model}}である<ref>{{Cite journal|last=Harari|first=H.|year=1979|title=A Schematic Model of Quarks and Leptons|journal=[[Physics Letters B]]|volume=86|issue=1|pages=83–86|bibcode=1979PhLB...86...83H|DOI=10.1016/0370-2693(79)90626-9}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Shupe|first=M. A.|year=1979|title=A Composite Model of Leptons and Quarks|journal=[[Physics Letters B]]|volume=86|issue=1|pages=87–92|bibcode=1979PhLB...86...87S|DOI=10.1016/0370-2693(79)90627-0}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Zenczykowski|first=P.|year=2008|title=The Harari-Shupe preon model and nonrelativistic quantum phase space|journal=[[Physics Letters B]]|volume=660|issue=5|pages=567–572|arxiv=0803.0223|bibcode=2008PhLB..660..567Z|DOI=10.1016/j.physletb.2008.01.045}}</ref>。
クォークとレプトンには3つの世代があるという事実に関する未解決問題を処理するために、[[プレオン]]模型がいくつか提案されている。プレオン模型は通常、いくつか追加の新たな粒子を仮定する。これらの粒子はさらに結合して標準模型のクォークとレプトンを形成すると仮定されている。初期のプレオン模型の1つは{{仮リンク|Rishon模型|en|Rishon model}}である<ref>{{Cite journal|last=Harari|first=H.|year=1979|title=A Schematic Model of Quarks and Leptons|journal=[[Physics Letters B]]|volume=86|issue=1|pages=83–86|bibcode=1979PhLB...86...83H|doi=10.1016/0370-2693(79)90626-9}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Shupe|first=M. A.|year=1979|title=A Composite Model of Leptons and Quarks|journal=[[Physics Letters B]]|volume=86|issue=1|pages=87–92|bibcode=1979PhLB...86...87S|doi=10.1016/0370-2693(79)90627-0}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Zenczykowski|first=P.|year=2008|title=The Harari-Shupe preon model and nonrelativistic quantum phase space|journal=[[Physics Letters B]]|volume=660|issue=5|pages=567–572|arxiv=0803.0223|bibcode=2008PhLB..660..567Z|doi=10.1016/j.physletb.2008.01.045}}</ref>。


今日までに広く受け入れられるもしくは完全に検証されたプレオン模型はない。
今日までに広く受け入れられるもしくは完全に検証されたプレオン模型はない。
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これらや他の問題を正確にするために、標準模型の拡張、修正、置換、再編成が存在する。[[弦理論|ひも理論]]はこのような再発明の1つであり、多くの理論物理学者がこのような理論が真の[[万物理論]]に向かう次の理論的段階と考えている。[[ループ量子重力理論|ループ量子重力]]などの[[量子重力理論]]は、場の量子論と一般相対性理論の数学的統一の有望な候補と考えられており、既存の理論に対して大幅な変更はそれほど必要ではない<ref>
これらや他の問題を正確にするために、標準模型の拡張、修正、置換、再編成が存在する。[[弦理論|ひも理論]]はこのような再発明の1つであり、多くの理論物理学者がこのような理論が真の[[万物理論]]に向かう次の理論的段階と考えている。[[ループ量子重力理論|ループ量子重力]]などの[[量子重力理論]]は、場の量子論と一般相対性理論の数学的統一の有望な候補と考えられており、既存の理論に対して大幅な変更はそれほど必要ではない<ref>
{{Cite book|last=Smolin|first=L.|date=2001|title=Three Roads to Quantum Gravity|pages=|publisher=[[Basic Books]]|isbn=978-0-465-07835-6}}</ref>。しかし、近年の研究では光速における量子重力の推定される効果に厳しい制限を設けており、現在の量子重力モデルのいくつかを疎んじている<ref>
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{{Cite journal|last=Abdo|first=A. A.|date=2009|title=A limit on the variation of the speed of light arising from quantum gravity effects|journal=[[Nature (journal)|Nature]]|volume=462|issue=7271|pages=331–4|arxiv=0908.1832|bibcode=2009Natur.462..331A|DOI=10.1038/nature08574|PMID=19865083}}</ref>。
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ひも理論の多くの変形の中でも1995年のString Conferenceで最初に数学的存在が提案された[[M理論]]は、多くの人、特に[[ブライアン・グリーン]]と[[スティーヴン・ホーキング]]により適切な万物理論であると考えてられている。完全な数学的記述はまだ未知であるが、特殊なケースでは理論への解決策が存在する<ref>
ひも理論の多くの変形の中でも1995年のString Conferenceで最初に数学的存在が提案された[[M理論]]は、多くの人、特に[[ブライアン・グリーン]]と[[スティーヴン・ホーキング]]により適切な万物理論であると考えてられている。完全な数学的記述はまだ未知であるが、特殊なケースでは理論への解決策が存在する<ref>
{{Cite journal|last=Maldacena|first=J.|last2=Strominger|first2=A.|last3=Witten|first3=E.|date=1997|title=Black hole entropy in M-Theory|journal=[[Journal of High Energy Physics]]|volume=1997|issue=12|page=2|arxiv=hep-th/9711053|bibcode=1997JHEP...12..002M|DOI=10.1088/1126-6708/1997/12/002}}</ref>。近年の研究では代わりのひも模型も提案されており、そのいくつかはM理論の様々な試験が難しい特徴（例えば、[[カラビ・ヤウ多様体]]の存在、多くの余剰次元など）を持っていない。[[リサ・ランドール]]など頻繁に論文を発表している物理学者による研究もある<ref>
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== 関連項目 ==
== 関連項目 ==

2020年1月25日 (土) 18:34時点における版

標準模型を超える物理
陽子同士を衝突させハドロンジェットと
電子に崩壊することで生成される
ヒッグス粒子を描くLHC CMS検出器
データのシミュレーション結果
標準模型
証拠
理論
超対称性
量子重力
実験

標準模型を超える物理 (Physics beyond the Standard Model, BSM) は強いCP問題、ニュートリノ振動、物質-反物質非対称性（英語版）、暗黒物質やダークエネルギーの性質など標準模型の不足を説明するのに必要な理論的発展を意味する[1]。もう1つの問題は標準模型自体の数学的枠組みの中にある。標準模型は一般相対性理論のそれとは一方もしくは両方の理論が特定の条件化では崩壊する（例えばビッグバンやブラックホールの事象の地平線のようなすでに知られた時空の特異点の範囲内において）という点で矛盾している。

標準模型を超えた理論には、最小超対称標準模型（英語版） (MSSM) や次の最小超対称標準模型（英語版） (NMMSM) など超対称性による標準模型の様々な拡張や、弦理論、M理論、余剰次元など全く新たな説明がある。これらの理論は現在の現象全体を再現する傾向があるため、どの理論が正しいものなのか、もしくは少なくとも万物理論に向けた「最良のステップ」の問題は実験によってのみ解決でき、理論物理学と実験物理学の両方で活発な研究分野の1つである。

標準模型の問題

標準模型はこれまでで最も成功した素粒子物理学の理論であるが、完全ではない[2]。理論物理学者により発表されたものの大部分は、既存のデータと矛盾しないように巧妙な方法で標準模型を修正するであろう「標準模型を超えた」新しい物理学の提案の様々な形式に対する提案からなるが、提案されるであろう新たな実験の非標準模型の結果を予測することのできる不完全性に十分対処している。

素粒子と仮想のグラビトンの標準模型

説明できない現象

標準模型は本質的に不完全な理論である。標準模型では十分に説明されていない基本的な物理現象がある。

  • 重力。標準模型は重力を説明していない。標準模型に単にグラビトンを追加するというアプローチでは、まだグラビトンは発見されていないが標準模型に他の変更を加えずに実験的に観察されたことを再現することはできない。さらに、標準理論はこれまでで最も成功している重力理論である一般相対性理論と両立しないと広く考えられている[3]。
  • 暗黒物質。宇宙論的観測により標準模型が宇宙に存在するエネルギーの約5%しか説明していないことが分かる。約26%は暗黒物質と考えられており[要出典]、これは他の物質と同じように振舞うが、標準模型の場との相互作用は（あったとしたら）弱い。そうであっても標準模型から良い暗黒物質の候補である基本粒子が与えられることはない。
  • ダークエネルギー。宇宙エネルギーの残りの69%はいわゆるダークエネルギーつまり真空に対して一定のエネルギー密度でなくてはならない。標準模型の真空エネルギーに関してダークエネルギーを説明しようとするとその大きさで120桁のミスマッチが生じる[4]。
  • ニュートリノ質量。標準模型によるとニュートリノは質量のない粒子である。しかし、ニュートリノ振動実験によりニュートリノが質量を持っていることが示された。ニュートリノの質量項は標準模型に追加することができるが、新たな理論的問題が発生する。例えば、質量項は非常に小さい必要があり、ニュートリノ質量が他の基本粒子の質量が標準模型で生じるのと同じように生じるかどうかは明らかではない。
  • 物質-反物質非対称性。宇宙は大部分が物質でできている。しかし、標準模型は宇宙の初期条件が反物質と比較して不均衡な物質を含んでいない場合、物質と反物質は（ほぼ）等量で生成されるべきであると予測している。ただし、この非対称性を説明することのできる機構は標準模型にはない[要出典]。

説明できない実験結果

素粒子物理学における発見の発端と広く考えられている5シグマ値で標準模型と明確に矛盾するとの実験結果は認められていない。しかし、全ての実験がある程度の統計的・体系的不確実性を含み理論的予測自体も正確に計算されることはほとんどなく標準模型の基本定数の測定における不確実性の影響を受けるため（影響が小さいものもあれば、相当大きいものもある）、たとえ新たな物理学が発見されなくても標準模型の何百もの実験的試験のいくつかは標準模型からある程度逸することが数学的に予想される。

どの時点においても標準模型の期待値とは大きく異なる実験結果がいくつかあるが、それより多くのデータが収集されているためこれらの多くは統計的不備もしくは実験的エラーであることが分かっている。一方では、標準模型を超えた物理は実験的予測と理論的予測の間の統計的に有意な違いとして必ず最初に実験上出現するであろう。

いずれの場合でも物理学者たちは結果が単なる統計上の誤りであるのか実験的な誤りであるのかはたまた新たな物理学の兆候であるのかを判断しようとする。統計的により有意な結果は単なる統計的な誤りということはありえないが、実験誤差もしくは実験精度の不正確な推定から生じることはある。多くの場合、実験は標準模型と代替の理論を区別できるであろう実験結果に対して敏感であるように調整されている。

注目すべき例には次のようなものがある。

  • Proton radius puzzle – 標準模型は普通の水素の原子半径の大きさ（陽子-電子系）とミューオニック水素の原子半径の大きさ（ミュー粒子が電子の重い変種として振舞う陽子-ミュー粒子系）に関して正確な理論的予測をする。しかし、測定されたミューオニック水素の原子半径は、既存の物理定数測定値を用いて標準模型により予測されたものとは標準偏差の7倍に相当する違いがある[5]。初期の実験における誤差推定値の正確さ（本当に小さな距離を測定する場合は、互いに4%以内におさまる）と矛盾を説明できる十分に動機づけられた理論の欠如に対する疑念があったため、物理学者たちは、結果が明らかに統計的有意性をもっており結果の実験的エラーの原因がはっきりと特定されていないにも関わらず、これらの結果を標準模型と矛盾するものと説明するのをためらった[6]。
  • ミュー粒子の異常磁気双極子モーメント – ミュー粒子の異常磁気双極子モーメントの実験的測定値（ミュー粒子 "g − 2"）は、標準模型の予測とは大きく異なる[7]。
  • B中間子崩壊など – BaBar実験の結果はある種の粒子崩壊 (B → D(*) τ− ντ) の標準模型の予測を超える余剰を示唆することがある。この場合、電子と陽電子が衝突しB中間子と反物質B中間子が生じ、これは次にD中間子、タウレプトン、タウ反ニュートリノに崩壊する。過剰の確実性のレベル（統計的言語において3.4シグマ）は標準模型からの逸脱を主張するのに十分ではないが、この結果は何かおかしいことの潜在的な兆候であり、ヒッグス粒子の特性を推測しようとするものなど既存の理論に影響を与える可能性がある[8]。2015年、LHCbは分岐率の同じ比率で2.1シグマの過剰を観測したと報告した[9]。ベル実験も過剰を報告した[10]。2017年、SMから5シグマの偏差が報告された[11]。

観測されていない理論的予測

標準模型により予測された全ての基礎粒子の粒子衝突器における観測は確認されている。ヒッグス粒子は標準模型のヒッグス機構の説明により予測される。これは弱い SU(2)ゲージ対称性がどのように破られ、基本粒子がどのように質量を得るかを説明している。ヒッグス粒子は標準模型で観測が予測される最後の粒子である。2012年7月4日、LHCを用いるCERNの科学者は、ヒッグス粒子と一致する質量約126 GeV/c2の粒子を発見したことを発表した。ヒッグス粒子は2013年3月14日に存在することが確認されたが、標準模型により予測される全ての特性を持っていることを確認する取り組みが進行中である[12]。

非常に低い周波数で非常に高いエネルギーでしか生成できない標準模型により存在が予測されるいくつかのハドロン（クォークからなる複合粒子）はまだ明確に観測されておらず、「グルーボール」[13]（グルーオンからなる複合粒子）もまだ明確に観測されていない。標準模型によって予測された非常に低い周波数の粒子崩壊のいくつかも、統計的に有意な観測を行うのに十分なデータが使えないため、まだ明確に観測されていない。

理論的問題

標準模型の一部の特徴はアドホックな方法で追加される。これらは本質的に問題ではない（つまり、理論はこれらのアドホックな特徴でうまく機能する）が、合意の欠如を暗示している[要出典]。これらのアドホックな特徴はより少ないパラメータでより基本的な理論を探し出す動機となった。アドホックな特徴の一部は次の通り。

  • 階層性問題 – 標準模型ではヒッグス場により生じる自発的対称性の破れとして知られる過程を介して粒子質量が導入される。標準模型内ではヒッグスの質量は、仮想粒子（ほとんどが仮想トップクォーク）の存在により非常に大きな量子補正を受ける。これらの補正はヒッグスの実際の質量よりもずっと大きい。このことは標準模型のヒッグスの裸の質量パラメータを量子補正をほぼ完全にキャンセルするように微調整する必要があることを意味する[14]。このレベルの微調整は多くの理論家により不自然であるとみなされている[誰?]。
  • パラメータの数 – 標準模型は19の数値パラメータに依存している。これらの値は実験から分かっているが、その起源は不明である。理論家の中には[誰?]異なるパラメータ間の関係、例えば異なる世代の粒子の質量間の関係、や漸近安全シナリオなどの粒子質量の計算を見つけようとした者もいる[要出典]。
  • 量子的自明性 – 基本スカラーヒッグス粒子含む無矛盾な場の量子論を作ることは不可能かもしれないことを示唆している。これはランダウ極問題と呼ばれることもある[15]。
  • 強いCP問題 – 理論的には標準模型は強い相互作用のセクターでCP対称性を破る項（物質と反物質の関係）を含めるべきと主張できる。しかし、実験的にはこのような背くようなものは発見されておらず、この項の係数が0に非常に近いことを暗示している[16]。この微調整も不自然とみなされている。[誰によって？]

大統一理論

標準模型には3つのゲージ対称性、色 SU(3)、弱アイソスピン SU(2)、弱超電荷 U(1)対称性があり、3つの基本的な力に対応している。繰り込みにより、これらの対称性の各々の結合定数は、測定されるエネルギーによって異なる。約1016 GeV でこれらの結合はほぼ等しくなる。このことにより、このエネルギーを超えると標準模型の3つのゲージ対称性が単純群のゲージ群と1つの結合定数のみで1つのゲージ対称性に統一されるという推測に至った。このエネルギーより下では対称性は標準模型の対称性に自発的に破れる[17]。統一した群では、5次元の特別なユニタリ群SU(5)と10次元の特別な直交群SO(10)が選ばれるのが一般的である[18]。

このように標準模型の対称性を統一する理論は大統一理論(GUT)と呼ばれ、統一された対称性が破られるエネルギースケールはGUTスケールと呼ばれる。一般的に大統一理論により初期宇宙における磁気単極子[19]と陽子の不安定性が予測される[20]。このどちらも観測されておらず、この観測不足は考えうるGUTに制限を課している。

超対称性

超対称性は、別のクラスの対称性をラグランジアンに加えることで標準模型を拡張させる。これらの対称性は、フェルミ粒子をボース粒子と入れ替える。このような対称性により、スフェルミオン、スクォーク、ニュートラリーノ、チャージーノなど超対称性粒子の存在を予測される。標準模型の各粒子にはスピンが通常の粒子と1/2異なる超パートナーがあるであろう。超対称性の破れにより、この粒子は通常の粒子よりずっと重い。非常に重いため、既存の粒子衝突器の強さでは十分ではない可能性がある。

ニュートリノ

標準模型において、ニュートリノの質量はきっかり0である。これは左巻きニュートリノのみを含む標準模型の結果である。適切な右巻きのパートナーがない場合、標準模型に繰り込み可能な質量項を追加することはできない[21]。しかし、測定によりニュートリノは自発的にフレーバーを変化させることが示され、このことはニュートリノに質量があることを意味する。これらの測定は異なるフレーバー間の質量差のみを示す。ニュートリノの絶対質量に対する最も良い制約は、三重水素崩壊の正確な測定から得られ、上限2eVを提供し、これは標準模型の他の粒子よりも少なくとも5桁軽い[22]。これには標準模型の拡張が必要であり、ニュートリノが質量を得る方法を説明するだけでなく、質量が非常に小さい理由も説明する必要がある[23]。

ニュートリノに質量を加える1つのアプローチである所謂シーソー機構は、右巻きニュートリノを追加しこれらの対をディラック質量項で左巻きニュートリノに結合させることである。右巻きのニュートリノはステライルでなくてはならず、これは標準模型相互作用のいずれにも関わっていないことを意味する。電荷を持たないことから右巻きニュートリノは自身の反粒子として振る舞い、マヨラナ質量項を持つことができる。標準模型における他のディラック質量と同様、ニュートリノのディラック質量はヒッグス機構を介して生成されることが期待されるため、予測できない。標準模型のフェルミ粒子の質量は桁違いに異なる。ディラックのニュートリノ質量には少なくとも同じ不確実性がある。その一方、右巻きニュートリノのマヨラナ質量はヒッグス機構から生じるものではないため、それゆえ例えばプランクスケールなど標準模型を超える新たな物理学のエネルギースケールに結び付けられることが期待される[24]。したがって、右巻きニュートリノ含むあらゆる過程は低エネルギーでは抑えられるだろう。これらの抑えられた過程による補正は、左巻きニュートリノに右巻きマヨラナ質量に反比例する質量を実際上与え、これはシーソーとして知られる機構である[25]。これにより、重い右巻きニュートリノの存在は左巻きニュートリノの小さい質量と観測における右巻きニュートリノの不在の両方を説明する。しかし、ディラックニュートリノの質量の不確実性により右巻きニュートリノの質量はいたるところにある可能性がある。例えば、これらはkeVと同じくらい軽く暗黒物質である可能性があり[26]、LHCのエネルギー範囲に質量を持ち[27][28]、観測可能なレプトン数の違反につながる可能性がある[29]。もしくは、それらはGUTスケールに近く、右巻きニュートリノを大統一理論の可能性に結び付けることができる可能性もある[30][31]。

質量項は異なる世代のニュートリノを混ぜ合わせる。この混合は、CKMクォーク混合行列のニュートリノの類推であるPMNS行列によりパラメータ化される。ほとんどが最小のクォーク混合と異なり、ニュートリノの混合はほとんどが最大と考えられる。これによ混合パターンを説明できる様々な世代間の対称性についての様々な推論がもたらされた[32]。混合行列にはCP不変性を破るいくつかの複雑な段階を含めることもできるが、これらの実験的調査はない。これらの段階では初期宇宙で反レプトンよりも多くのレプトンが生成される可能性があり、これはレプトン生成(leptogenesis)として知られる過程である。この非対称性は後の段階で反バリオンを超える過剰なバリオンに変換され、宇宙における物質と反物質の非対称性を説明することができる[18]。

軽いニュートリノは初期宇宙での大規模な構造形成を考慮しているため、暗黒物質の観測の説明としては好まれない。構造形成のシミュレーションは、熱すぎることを示している。—つまり、それらの運動エネルギーは質量に比べ大きい—その一方で我々の宇宙の銀河に似た構造の形成には冷たい暗黒物質が必要である。シミュレーションにおいて、ニュートリノがせいぜい失っている暗黒物質の数パーセントしか説明できないことが示されている。しかし、重いステライル右巻きニュートリノは、暗黒物質WIMPの見込みの高い候補として考えられている[33]。

プレオン模型

クォークとレプトンには3つの世代があるという事実に関する未解決問題を処理するために、プレオン模型がいくつか提案されている。プレオン模型は通常、いくつか追加の新たな粒子を仮定する。これらの粒子はさらに結合して標準模型のクォークとレプトンを形成すると仮定されている。初期のプレオン模型の1つはRishon模型（英語版）である[34][35][36]。

今日までに広く受け入れられるもしくは完全に検証されたプレオン模型はない。

万物の理論

万物の理論

理論物理学は万物の理論、全ての既知の物理現象を完全に説明し結びつけ原理的に実行できる実験結果を予測する理論に向けて戦い続けている。実際的にはこの点に関する当面の目標は量子重力理論において標準模型と一般相対性理論を統一する理論を発展することである。粒子質量の理論もしくは正確な予測のいずれかの概念的欠陥を克服するなどの付加的な特徴が望まれる。このような理論をまとめる際の課題は、概念的なものだけではない。そこには新奇な領域を探るのに必要な非常に高いエネルギーの実験的側面が含まれる。

この方向のいくつかの注目すべき試みは、超対称性、ひも理論、ループ量子重力である。

ひも理論

これらや他の問題を正確にするために、標準模型の拡張、修正、置換、再編成が存在する。ひも理論はこのような再発明の1つであり、多くの理論物理学者がこのような理論が真の万物理論に向かう次の理論的段階と考えている。ループ量子重力などの量子重力理論は、場の量子論と一般相対性理論の数学的統一の有望な候補と考えられており、既存の理論に対して大幅な変更はそれほど必要ではない[37]。しかし、近年の研究では光速における量子重力の推定される効果に厳しい制限を設けており、現在の量子重力モデルのいくつかを疎んじている[38]。

ひも理論の多くの変形の中でも1995年のString Conferenceで最初に数学的存在が提案されたM理論は、多くの人、特にブライアン・グリーンとスティーヴン・ホーキングにより適切な万物理論であると考えてられている。完全な数学的記述はまだ未知であるが、特殊なケースでは理論への解決策が存在する[39]。近年の研究では代わりのひも模型も提案されており、そのいくつかはM理論の様々な試験が難しい特徴（例えば、カラビ・ヤウ多様体の存在、多くの余剰次元など）を持っていない。リサ・ランドールなど頻繁に論文を発表している物理学者による研究もある[40][41]。

関連項目

脚注

  1. ^ Womersley (2005年2月). “Beyond the Standard Model”. Symmetry Magazine. 2010年11月23日閲覧。
  2. ^ Lykken, J. D. (2010). “Beyond the Standard Model”. CERN Yellow Report. CERN. pp. 101–109. arXiv:1005.1676. Bibcode: 2010arXiv1005.1676L. CERN-2010-002 
  3. ^ Sushkov, A. O.; Kim, W. J.; Dalvit, D. A. R.; Lamoreaux, S. K. (2011). “New Experimental Limits on Non-Newtonian Forces in the Micrometer Range”. Physical Review Letters 107 (17): 171101. arXiv:1108.2547. Bibcode: 2011PhRvL.107q1101S. doi:10.1103/PhysRevLett.107.171101. PMID 22107498. "It is remarkable that two of the greatest successes of 20th century physics, general relativity and the standard model, appear to be fundamentally incompatible."  But see also Donoghue, John F. (2012). “The effective field theory treatment of quantum gravity”. AIP Conference Proceedings 1473 (1): 73. arXiv:1209.3511. Bibcode: 2012AIPC.1483...73D. doi:10.1063/1.4756964. "One can find thousands of statements in the literature to the effect that “general relativity and quantum mechanics are incompatible”. These are completely outdated and no longer relevant. Effective field theory shows that general relativity and quantum mechanics work together perfectly normally over a range of scales and curvatures, including those relevant for the world that we see around us. However, effective field theories are only valid over some range of scales. General relativity certainly does have problematic issues at extreme scales. There are important problems which the effective field theory does not solve because they are beyond its range of validity. However, this means that the issue of quantum gravity is not what we thought it to be. Rather than a fundamental incompatibility of quantum mechanics and gravity, we are in the more familiar situation of needing a more complete theory beyond the range of their combined applicability. The usual marriage of general relativity and quantum mechanics is fine at ordinary energies, but we now seek to uncover the modifications that must be present in more extreme conditions. This is the modern view of the problem of quantum gravity, and it represents progress over the outdated view of the past."" 
  4. ^ Krauss, L. (2009). A Universe from Nothing. AAI Conference.
  5. ^ Randolf Pohl; Ronald Gilman; Gerald A. Miller; Krzysztof Pachucki (2013). “Muonic hydrogen and the proton radius puzzle”. Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 63: 175–204. arXiv:1301.0905. Bibcode: 2013ARNPS..63..175P. doi:10.1146/annurev-nucl-102212-170627. "The recent determination of the proton radius using the measurement of the Lamb shift in the muonic hydrogen atom startled the physics world. The obtained value of 0.84087(39) fm differs by about 4% or 7 standard deviations from the CODATA value of 0.8775(51) fm. The latter is composed from the electronic hydrogenate atom value of 0.8758(77) fm and from a similar value with larger uncertainties determined by electron scattering." 
  6. ^ Carlson, Carl E. (May 2015). “The Proton Radius Puzzle”. Progress in Particle and Nuclear Physics 82: 59–77. arXiv:1502.05314. Bibcode: 2015PrPNP..82...59C. doi:10.1016/j.ppnp.2015.01.002. 
  7. ^ Thomas Blum; Achim Denig; Ivan Logashenko; Eduardo de Rafael (2013). "The Muon (g - 2) Theory Value: Present and Future". arXiv:1311.2198。
  8. ^ Lees, J. P. (2012). “Evidence for an excess of B → D(*) τ− τν decays”. Physical Review Letters 109 (10): 101802. arXiv:1205.5442. Bibcode: 2012PhRvL.109j1802L. doi:10.1103/PhysRevLett.109.101802. PMID 23005279. 
  9. ^ Aaij, R. (2015). “Measurement of the Ratio of Branching Fractions ...”. Physical Review Letters 115 (11): 111803. arXiv:1506.08614. Bibcode: 2015PhRvL.115k1803A. doi:10.1103/PhysRevLett.115.111803. PMID 26406820. 
  10. ^ Clara Moskowitz (2015年9月9日). “2 Accelerators Find Particles That May Break Known Laws of Physics”. Scientific American. 2019年9月閲覧。
  11. ^ Capdevila, Bernat (2018). “Patterns of New Physics in transitions in the light of recent data”. Journal of High Energy Physics 2018: 093. arXiv:1704.05340. doi:10.1007/JHEP01(2018)093. 
  12. ^ O'Luanaigh (2013年3月14日). “New results indicate that new particle is a Higgs boson”. CERN. 2019年9月閲覧。
  13. ^ Marco Frasca (2009年3月31日). “What is a Glueball?”. The Gauge Connection. 2019年9月閲覧。
  14. ^ “The Hierarchy Problem”. Of Particular Significance (2011年8月14日). 2015年12月13日閲覧。
  15. ^ Callaway, D. J. E. (1988). “Triviality Pursuit: Can Elementary Scalar Particles Exist?”. Physics Reports 167 (5): 241–320. Bibcode: 1988PhR...167..241C. doi:10.1016/0370-1573(88)90008-7. 
  16. ^ Mannel, Thomas (2–8 July 2006). "Theory and Phenomenology of CP Violation" (PDF). Nuclear Physics B, vol. 167. The 7th International Conference on Hyperons, Charm And Beauty Hadrons (BEACH 2006). Vol. 167. Lancaster: Elsevier. pp. 170–174. Bibcode:2007NuPhS.167..170M. doi:10.1016/j.nuclphysbps.2006.12.083. 2015年8月15日閲覧。
  17. ^ Peskin, M. E.; Schroeder, D. V. (1995). An introduction to quantum field theory. Addison-Wesley. pp. 786–791. ISBN 978-0-201-50397-5 
  18. ^ a b Buchmüller, W. (2002). "Neutrinos, Grand Unification and Leptogenesis". arXiv:hep-ph/0204288。
  19. ^ Milstead (2009年). “Magnetic Monopoles”. Particle Data Group. 2010年12月20日閲覧。
  20. ^ P., Nath; P. F., Perez (2007). “Proton stability in grand unified theories, in strings, and in branes”. Physics Reports 441 (5–6): 191–317. arXiv:hep-ph/0601023. Bibcode: 2007PhR...441..191N. doi:10.1016/j.physrep.2007.02.010. 
  21. ^ Peskin, M. E.; Schroeder, D. V. (1995). An introduction to quantum field theory. Addison-Wesley. pp. 713–715. ISBN 978-0-201-50397-5 
  22. ^ Nakamura, K. (2010年). “Neutrino Properties”. Particle Data Group. 2010年12月20日閲覧。[リンク切れ]
  23. ^ Mohapatra, R. N.; Pal, P. B. (2007). Massive neutrinos in physics and astrophysics. Lecture Notes in Physics. 72 (3rd ed.). World Scientific. ISBN 978-981-238-071-5 
  24. ^ Senjanovic, G. (2011). "Probing the Origin of Neutrino Mass: from GUT to LHC". arXiv:1107.5322 [hep-ph]。
  25. ^ Grossman, Y. (2003). "TASI 2002 lectures on neutrinos". arXiv:hep-ph/0305245v1。
  26. ^ Dodelson, S.; Widrow, L. M. (1994). “Sterile neutrinos as dark matter”. Physical Review Letters 72 (1): 17–20. arXiv:hep-ph/9303287. Bibcode: 1994PhRvL..72...17D. doi:10.1103/PhysRevLett.72.17. PMID 10055555. 
  27. ^ Minkowski, P. (1977). “μ → e γ at a Rate of One Out of 109 Muon Decays?”. Physics Letters B 67 (4): 421. Bibcode: 1977PhLB...67..421M. doi:10.1016/0370-2693(77)90435-X. 
  28. ^ Mohapatra, R. N.; Senjanovic, G. (1980). “Neutrino mass and spontaneous parity nonconservation”. Physical Review Letters 44 (14): 912. Bibcode: 1980PhRvL..44..912M. doi:10.1103/PhysRevLett.44.912. 
  29. ^ Keung, W.-Y.; Senjanovic, G. (1983). “Majorana Neutrinos And The Production Of The Right-handed Charged Gauge Boson”. Physical Review Letters 50 (19): 1427. Bibcode: 1983PhRvL..50.1427K. doi:10.1103/PhysRevLett.50.1427. 
  30. ^ Gell-Mann, M.; Ramond, P.; Slansky, R. (1979). P. van Nieuwenhuizen. ed. Supergravity. North Holland 
  31. ^ Glashow, S. L. (1979). M. Levy. ed. Proceedings of the 1979 Cargèse Summer Institute on Quarks and Leptons. Plenum Press 
  32. ^ Altarelli, G. (2007). "Lectures on Models of Neutrino Masses and Mixings". arXiv:0711.0161 [hep-ph]。
  33. ^ Murayama, H. (2007). "Physics Beyond the Standard Model and Dark Matter". arXiv:0704.2276 [hep-ph]。
  34. ^ Harari, H. (1979). “A Schematic Model of Quarks and Leptons”. Physics Letters B 86 (1): 83–86. Bibcode: 1979PhLB...86...83H. doi:10.1016/0370-2693(79)90626-9. 
  35. ^ Shupe, M. A. (1979). “A Composite Model of Leptons and Quarks”. Physics Letters B 86 (1): 87–92. Bibcode: 1979PhLB...86...87S. doi:10.1016/0370-2693(79)90627-0. 
  36. ^ Zenczykowski, P. (2008). “The Harari-Shupe preon model and nonrelativistic quantum phase space”. Physics Letters B 660 (5): 567–572. arXiv:0803.0223. Bibcode: 2008PhLB..660..567Z. doi:10.1016/j.physletb.2008.01.045. 
  37. ^ Smolin, L. (2001). Three Roads to Quantum Gravity. Basic Books. ISBN 978-0-465-07835-6 
  38. ^ Abdo, A. A. (2009). “A limit on the variation of the speed of light arising from quantum gravity effects”. Nature 462 (7271): 331–4. arXiv:0908.1832. Bibcode: 2009Natur.462..331A. doi:10.1038/nature08574. PMID 19865083. 
  39. ^ Maldacena, J.; Strominger, A.; Witten, E. (1997). “Black hole entropy in M-Theory”. Journal of High Energy Physics 1997 (12): 2. arXiv:hep-th/9711053. Bibcode: 1997JHEP...12..002M. doi:10.1088/1126-6708/1997/12/002. 
  40. ^ Randall, L.; Sundrum, R. (1999). “Large Mass Hierarchy from a Small Extra Dimension”. Physical Review Letters 83 (17): 3370–3373. arXiv:hep-ph/9905221. Bibcode: 1999PhRvL..83.3370R. doi:10.1103/PhysRevLett.83.3370. 
  41. ^ Randall, L.; Sundrum, R. (1999). “An Alternative to Compactification”. Physical Review Letters 83 (23): 4690–4693. arXiv:hep-th/9906064. Bibcode: 1999PhRvL..83.4690R. doi:10.1103/PhysRevLett.83.4690. 

関連文献

外部リンク

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