素粒子

12個の基本フェルミオンは、それぞれ4個の粒子からなる3つの世代 に分けられます。フェルミオンの半分はレプトンであり、そのうち3つは-1eの電荷を持ち、電子（e- ^{）と呼ばれます。}   )、ミューオン( μ ⁻）、およびタウ（τ ⁻）他の3つのレプトンはニュートリノ（ν）である。_e、ν_μ、ν_τ ) は、電気電荷も色電荷も持たない唯一の素粒子フェルミオンです。残りの 6 つの粒子はクォーク(後述)。

標準模型では、ベクトル（スピン-1）ボソン（グルーオン、光子、Wボソン、Zボソン）が力を媒介し、ヒッグスボソン（スピン-0）が粒子の固有質量を担います。ボソンは、複数のボソンが同じ量子状態を占めることができるという点でフェルミオンとは異なります（パウリの排他原理）。また、ボソンは光子のような素粒子である場合もあれば、中間子のような組み合わせである場合もあります。ボソンのスピンは、半整数ではなく整数です。

重力子は、重力を媒介すると提唱された仮説上のスピン2の基本粒子である。検出の困難さから未だ発見されていないが、素粒子の表に含まれることもある。^{[ 1 ]}従来の重力子は質量を持たないが、質量を持つカルツァ＝クライン重力子を含むモデルも存在する。^{[ 19 ]}

標準模型の拡張の一つは、電弱相互作用と強い相互作用を一つの「大統一理論」（GUT）に統合しようとする試みである。このような力は、ヒッグス粒子のようなメカニズムによって自発的に3つの力に分裂する。この分裂は高エネルギーで起こると理論づけられており、実験室で統一を観測することは困難である。大統一理論の最も劇的な予測は、陽子崩壊を引き起こすXボソンとYボソンの存在である。しかし、スーパーカミオカンデニュートリノ観測所で陽子崩壊が観測されなかったため、SU(5)やSO(10)を含む最も単純なGUTは否定される。

超対称性は、ラグランジアンに別の種類の対称性を追加することで標準模型を拡張します。これらの対称性は、フェルミオン粒子とボソン粒子を交換します。このような対称性は、スレプトン、スクォーク、ニュートラリーノ、チャージーノなどの超対称性粒子（sparticlesと略される）の存在を予測します。標準模型の各粒子は、スピンが通常の粒子の1/2だけ異なる超対称性パートナーを持つことになります。超対称性の破れにより、sparticlesは通常の粒子よりもはるかに重く、既存の粒子衝突型加速器では生成するのに十分なパワーがありません。一部の物理学者は、sparticlesがCERNの大型ハドロン衝突型加速器で検出されると信じています。

弦理論は、物質を構成するすべての「粒子」が、11次元（主要なM理論によれば）または12次元（ F理論^{[ 20 ]}によれば）の宇宙に存在する弦（プランク長で測定）で構成されているという物理学のモデルです。これらの弦は、質量、電荷、色電荷、スピンを決定する異なる周波数で振動します。「弦」は、開いている（線）か、ループ状に閉じている（1次元の球、つまり円）かのいずれかです。弦が空間を移動するときに、ワールドシートと呼ばれるものを掃き出します。弦理論は、不確定性原理を用いて空間の「構造」の裂け目を防ぐ1～10ブレーン（1ブレーンは弦、10ブレーンは10次元の物体）の存在を予測している（例えば、水素原子の周りを回る電子は、ある瞬間に宇宙のどこか別の場所に存在する可能性が、小さいながらも存在する）。

弦理論によれば、私たちの宇宙は単なる4次元ブレーンであり、その中に私たちが観測する3つの空間次元と1つの時間次元が存在する。残りの7つの理論上の次元は、非常に小さく丸まって存在している（巨視的に観測するには小さすぎる）か、あるいは私たちの宇宙には存在しない（あるいは存在し得ない）（なぜなら、それらは私たちの既知の宇宙の外にある 「マルチバース」と呼ばれるより大きな枠組みの中に存在するからである）。

弦理論の予測の中には、基本弦の振動励起によって通常の粒子の極めて質量の大きい対応物が存在することや、重力子のように振る舞う質量のないスピン2の粒子が存在することなどが含まれる。

テクニカラー理論は、QCDに似た新たな相互作用を導入することで、標準模型を最小限に修正しようとするものです。これは、テクニクォークと呼ばれる新たな理論を追加し、テクニグルーオンと呼ばれる相互作用を介して相互作用させることを意味します。その主な考え方は、ヒッグス粒子は素粒子ではなく、これらの粒子の束縛状態であるということです。

プレオン理論によれば、標準模型で見られる粒子（あるいはそのほとんど）よりもさらに基本的な粒子が1つ以上存在する。これらの粒子の中で最も基本的な粒子は通常プレオンと呼ばれ、「プレクォーク」に由来する。本質的に、プレオン理論は、標準模型がそれ以前の素粒子群に対して行ったことを、標準模型に対して行おうとしている。ほとんどのモデルは、標準模型のほぼすべての現象が、3つから6つのより基本的な粒子と、それらの相互作用を支配する規則によって説明できると仮定している。1980年代に最も単純なモデルが実験的に否定されて以来、プレオンへの関心は薄れてきている。

アクセレロンは、新たに発見されたニュートリノの質量と、宇宙の膨張を加速させていると推測されるダークエネルギーを一体的に結びつける仮説上の素粒子である。^{[ 21 ]}

この理論では、ニュートリノはアクセレロンとの相互作用によって生じる新たな力の影響を受け、ダークエネルギーが生じる。ダークエネルギーは、宇宙がニュートリノを引き離そうとする結果として生じる。^{[ 21 ]}アクセレロンは、ニュートリノよりも物質との相互作用が少ないと考えられている。^{[ 22 ]}

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