小乐数学科普视频标准模型之旅译自量子杂志QuantaMagazine

　　作者：Kevin Hartnett 2021-7-17 译者：zzllrr小乐 2021-7-18
　　最近，量子杂志在科学中最重要的思想之一（量子场论QFT）上探索了物理和数学之间的合作。量子场论的基本对象是量子场，它遍布整个宇宙，并通过它们的波动产生物理世界中最基本的现象。我们已经强调了物理学和数学中未完成的工作——物理学家仍然没有完全理解他们如此有效地运用的理论的方式，以及如果数学家能够提供关于量子场论实际上是什么的完整描述，等待他们的将是巨大回报。
　　然而，这种不完整并不意味着迄今为止的工作不令人满意。
　　在＂数学遇见量子场论QFT＂系列的最后一篇文章中，我们将探索其中最突出的量子场论：标准模型。正如剑桥物理学家 David Tong 在随附的视频中所说的那样，尽管背负着＂垃圾名称＂，但它仍然是＂有史以来最成功的科学理论＂。
　　标准模型描述了我们宇宙的三个空间维度和一个时间维度中的物理学。它捕捉了代表基本粒子的十几个量子场和代表力的少数附加场之间的相互作用。标准模型将它们全部联系到一个单一的方程中，科学家们已经无数次证实了这个方程，而且通常具有惊人的准确性。在视频中，童教授逐项向我们介绍了该方程，向我们介绍了该理论的所有部分以及它们如何组合在一起。标准模型很复杂，但它比许多其他量子场论更容易使用。这是因为有时标准模型的场之间的相互作用非常微弱，正如作家查理·伍德在我们系列的第二篇文章中所描述的那样。
　　标准模型对物理学来说是一个福音，但它也有一些宿醉效应。它在解释我们可以在地球上进行的实验方面非常有效，但它无法解释更广阔宇宙的几个主要特征，包括短距离引力的作用以及暗物质和暗能量的存在。物理学家希望超越标准模型，转向更全面的物理理论。但是，正如物理学家 Davide Gaiotto 在我们系列的第一篇文章中所说的那样，标准模型的光芒是如此强烈，以至于很难超越它。
　　或许，这就是数学的用武之地。数学家如果想以一种自洽和严谨的方式理解量子场论，就必须对量子场论提出全新的观点。 有理由希望这个新优势能够解决物理学中许多最大的悬而未决的问题。
　　将QFT（量子场论）引入数学的过程可能需要一些时间——甚至可能需要几个世纪，正如物理学家 Nathan Seiberg 在我们系列的第三篇文章中推测的那样——但它也已经在进行中。 到目前为止，数学和量子场论已经无可争议地相遇了。 当他们真正了解彼此时会发生什么还有待观察。
　　正如量子杂志在下面这个新视频中所探讨的那样，标准模型是一个全面的方程，它可以正确预测几乎所有进行过的实验的结果。
　　粒子物理学的标准模型是有史以来最成功的科学理论。 在这个解释中，剑桥大学物理学家 David Tong 逐个重建了模型，以提供一些关于我们宇宙的基本构建块如何组合在一起的直觉。
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