來自法國和德國的物理學(xué)家聲稱，他們已經(jīng)找到了一種新的理論模型，該模型可以成功解釋現(xiàn)代物理學(xué)中的五個最重大的懸而未決的問題：
暗物質(zhì)
中微子震蕩
重子生成
宇宙暴脹
強CP問題（強電荷宇稱問題）
被稱為SMASH的新模型認為，只需要添加6種新的粒子，就可以彌合標(biāo)準(zhǔn)模型與實驗事實的所有背離之處。提出該模型的法國-德國物理學(xué)家團隊表示，SMASH模型不難被檢驗，因為它并不是對標(biāo)準(zhǔn)模型的顛覆，而只是在其中添加一些新的粒子。
論文地址：https://arxiv.org/abs/1610.01639
SMASH模型可追溯到物理學(xué)家米哈伊爾·沙波什尼科夫（Mikhail Shaposhnikov）于2005年在瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院做的工作，當(dāng)時，該模型被稱為中微子最小模型（neutrino minimal standard model 或 νMSM）。
中微子最小模型認為，只要給標(biāo)準(zhǔn)模型添加3種具有特定質(zhì)量的右手中微子，就可以解釋暗物質(zhì)和宇宙的重子不對稱性。此外，新模型的理論預(yù)期也與中微子振蕩實驗的結(jié)果吻合。
目前，法國巴黎薩克萊大學(xué)的物理學(xué)家古力莫·巴爾斯太羅（Guillermo Ballesteros）領(lǐng)導(dǎo)SMASH團隊。
他表示，可以結(jié)合3種右手中微子、標(biāo)準(zhǔn)模型中已經(jīng)存在的3種中微子和一種叫做彩色三重峰費米子的亞原子粒子，來解釋5大問題中的前4個問題。再加入一種理論假設(shè)的場，就可以解釋第五個問題。
通常而言，超對稱理論需要引入數(shù)百種新粒子，但相比之下，SMASH模型看起來就相當(dāng)簡單了。
香農(nóng)·哈爾（Shannon Hall）表示：“SMASH引入了一種新的場來解釋這些物理學(xué)問題。這種場包含2種粒子：被認為是暗物質(zhì)組成部分的軸子，以及暴脹子，它是暴脹的推手?！?/p>
科研團隊相信，SMASH模型可以被下一代粒子加速器驗證，因此，它比其他難以實驗驗證的理論更靠譜。
SMASH研究團隊成員和德國電子同步加速器科研團隊成員安德魯斯·雷沃德（Andreas Ringwald）表示，對該理論的驗證在幾年之內(nèi)就可以完成。因為如果一種需要100年甚至更久才能被實驗驗證的理論，應(yīng)該叫做形而上學(xué)，而不是科學(xué)。
SMASH 模型的論文目前還未發(fā)表在同行評議學(xué)術(shù)期刊上，因此它還必須經(jīng)過粒子物理學(xué)界的嚴格審查。但是arXiv上已經(jīng)有該模型論文的預(yù)印本，可以自由下載查看。
當(dāng)然，SMASH模型可能并不能像預(yù)期的那樣，完美解釋5個重大問題。但是無論如何，科學(xué)家相信它都是一系列激動人心的進步的起點。按照雷沃德的說法：“新的征程開始了。”
該模型引起了學(xué)術(shù)界極大的關(guān)注，因為其他試圖解釋量子力學(xué)實驗事實的理論——比如超對稱性——都需要向標(biāo)準(zhǔn)模型中添加上百種人類尚未發(fā)現(xiàn)其蹤跡的新粒子。而SMASH只需要向標(biāo)準(zhǔn)模型中加入6種新粒子：3種中微子，1種費米子，以及一個包含2種粒子的場（粒子可以作為源激發(fā)出場。場無實體，但在不同時間點和空間點都有其對應(yīng)值。
大量粒子尚未被發(fā)現(xiàn)
那么，這個模型究竟能解釋哪些重大物理問題呢？我們從暗物質(zhì)開始說起。
問題一：暗物質(zhì)
越來越多的證據(jù)顯示，宇宙中26-27%的物質(zhì)是暗物質(zhì)。人類可以探測到到這種物質(zhì)產(chǎn)生的引力效應(yīng)，但暗物質(zhì)自己不發(fā)射電磁波，也不和電磁波發(fā)生相互作用，因此極難被探測到。
盡管物理學(xué)家已經(jīng)努力了多年，但是他們對暗物質(zhì)仍知之甚少，除了一點——暗物質(zhì)對宇宙的穩(wěn)定存在至關(guān)重要。
根據(jù)SMASH模型，科學(xué)家計算出暗物質(zhì)候選者軸子的質(zhì)量為50~200μeV，有望在下一代對軸子的直接探測實驗中驗證。
星系間分布的暗物質(zhì)假想圖
問題二：中微子震蕩
2015年諾貝爾物理學(xué)獎被授予兩位物理學(xué)家：東京大學(xué)教授梶田隆章（Takaaki Kajita）和加拿大物理學(xué)家阿瑟·麥克唐納德（Arthur B.McDonald）。他們的貢獻是發(fā)現(xiàn)了中微子在多種亞型之間的振蕩轉(zhuǎn)換。
具體而言就是，伴隨著電子、μ介子或tau輕子產(chǎn)生的中微子都由一種特定的亞型構(gòu)成，但是經(jīng)過一定時間后，這些中微子都會變成各種不同亞型的混合體。
Takaaki Kajita和Arthur B.McDonald因發(fā)現(xiàn)中微子振蕩而獲得2015年諾貝爾物理學(xué)獎
只有有質(zhì)量的粒子才能在各種不同亞型之間發(fā)生振蕩變換，因此中微子必然擁有質(zhì)量。但是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型，無法解釋中微子的質(zhì)量來自于何處。
一部分物理學(xué)家認為，中微子質(zhì)量來自于希格斯波色子，另一批物理學(xué)家認為，中微子的質(zhì)量來自于一種人類尚未發(fā)現(xiàn)的新粒子。
問題三：重子生成
困擾物理學(xué)家的最重大問題之一是：為什么這個宇宙的物質(zhì)遠遠多于反物質(zhì)？根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型，宇宙大爆炸生成了等量的物質(zhì)和反物質(zhì)。但是物質(zhì)和反物質(zhì)一旦接觸就會湮滅，因此這個宇宙中應(yīng)該根本沒有物質(zhì)，只有湮滅產(chǎn)生的輻射。
鑒于目前的情況是這個宇宙還好好地存在著，因此人類目前對反物質(zhì)的認識肯定不完全正確。那么，本該把整個宇宙化作輻射的巨量反物質(zhì)去哪里了？
SMASH模型中通過所謂“熱輕子生成”（thermal leptogenesis），修改宇宙早期的相變過程，引入有質(zhì)量的右手中微子對正反物質(zhì)不對稱給出了解釋。
問題四：宇宙暴脹
宇宙暴脹理論認為，在大爆炸后的極短時間內(nèi)，宇宙處于一個加速膨脹期。大多數(shù)物理學(xué)家接受宇宙暴脹理論，但是目前沒人能指出為什么在暴脹期，宇宙的膨脹速度比光還快——瞬間從一個亞原子粒子的大小變成一個高爾夫球的大小。
SMASH模型對宇宙暴脹的參數(shù)進行了計算，結(jié)果與最新的宇宙微波背景輻射數(shù)據(jù)相符。
問題五：強CP問題（強電荷宇稱問題）
強電荷宇稱問題被認為可以彌補標(biāo)準(zhǔn)模型無法解釋反物質(zhì)去向的不足，但它自身也存在諸多疑點。
敘述強電荷宇稱問題很難。但簡而言之，強電荷宇稱問題描述了這樣一個現(xiàn)象：電荷宇稱不守恒現(xiàn)象不會在量子色動力學(xué)（QCD）中出現(xiàn)。宇稱守恒是宇宙的基本規(guī)律，而量子色動力學(xué)解釋了夸克和膠子的關(guān)系。目前沒人能對這一現(xiàn)象背后的原因做出有說服力的解釋。
在能量較低的情況下，標(biāo)準(zhǔn)模型就是SMASH模型的近似。標(biāo)準(zhǔn)模型通過蹺蹺板機制（Seesaw mechanism）解釋中微子質(zhì)量，然后通過KSVZ（Kim-Shifman-Vainshtein- Zakharov）理論對強電荷宇稱問題作出解釋。
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