**표준 모형 이후의 물리학**은 기본 상수의 값, 강한 CP 문제, 중성미자 진동, 중입자 비대칭, 암흑물질, 암흑 에너지 등, 표준 모형의 한계를 설명하기 위한 여러 이론을 통틀어 부르는 용어이다.

## 표준 모형의 문제
표준 모형은 현재까지의 입자물리학 이론 중 가장 큰 성공을 거두었으나, 완벽하지는 않다.

#### 설명되지 않은 실험 결과
일반적으로 입자물리학에서 발견의 하한선으로 여겨지는, 통계적인 5 범위 바깥에서, 표준 모형과 확실하게 불일치한다고 받아들여지는 실험 결과는 아직 없다. 모든 실험에는 근본적으로 통계적 및 구조적 불확실성이 존재하며, 애초에 이론값이 정밀하게 계산된 적이 없고, 이론값 자체가 표준 모형에서 사용하는 기본 상수의 오차에 의존하기 때문에, 표준 모형이 맞다고 하더라도 어느 정도의 오류는 생길 것이라고 여겨지고 있다.

지금까지 표준 모형과 일치하지 않는 실험 결과는 지속적으로 등장했는데, 이러한 불일치는 거의 전부 단순히 실험의 문제거나, 실험 결과가 더 축적되면 자연스럽게 해결되는 통계적 착시였다. 하지만 표준 모형 이후의 물리학 이론은 반드시 실험적 불일치로서 처음 등장할 것이기 때문에, 물리학계에서는 경우별로 각각 통계적인 착시나 실험의 문제인지, 아니면 새로운 물리 이론이 필요한 것인지를 검토한다. 실험 결과가 통계학적으로 유의미하다고 하더라도, 결과가 단순히 실험의 문제 때문에 생긴 것일 수도 있다. 또한, 단순히 실험자가 표준 모형과 결과가 다르게 나오는 경우를 더 유심히 보는 편향성도 어느 정도 존재한다.

표준 모형과 결과가 다른 대표적인 실험으로는 다음이 있다.

### 관찰되지 않은 이론적 예측
표준 모형에서 예측한 모든 기본 입자는 입자 가속기에서 관찰되었다. 표준 모형의 입자 중 마지막으로 관측된 입자는, SU(2) 대칭이 깨져 입자가 질량을 얻는 힉스 메커니즘의 입자인 힉스 보손이었다. 2012년 7월 12일 유럽 입자 물리 연구소의 대형 강입자 충돌기에서 약 가량의 질량을 가진, 힉스 보손으로 추정되는 입자를 발견하였다는 발표가 이루어졌으며, 2013년 3월 14일에는 힉스 보손이 맞다는 확인이 이루어졌다. 하지만, 힉스 보손이 표준 모형에서 예측하는 대로 행동하는지에 대한 검증은 아직 진행 중이다.

표준 모형에서는 경입자의 질량을 무차원 상수로 보기 때문에, 이론적인 유도가 불가능하다. 고이데 공식의 2/3이라는 값은 실험적 오차 범위 내에 위치한다는 점에서, 경입자의 질량을 이론적으로 계산할 수 있는 방법이 있을 것이라는 추측이 계속 이어지고 있다.

위의 수치적 관계가 실제로 근본적인 이유가 있는지는 모두 확실하지 않다. 고이데는 자신이 발견한 공식이 "어쩌다 찾은 우연일 수 있다"고 밝혔다.

### 이론적 문제
표준 모형의 일부 요소는 특수한 경우에 대응하게끔 짜 맞춰졌다. 이 요소들은 이론 자체에 문제를 일으키지는 않지만, 이론의 이해 측면에서의 문제가 있다. 이론물리학에서는 이러한 요소의 근본을 이루는 이론을 찾고자 하고 있다. 이론적으로 부자연스러운 요소는 대표적으로 다음이 있다.

## 추가적인 실험 결과
우주상수, LIGO의 잡음, 펄사의 주기 측정 실험에 따르면 표준 모형이나 대형 강입자 충돌기에서 찾을 수 없을 정도로 질량이 큰 입자는 존재하지 않는다.

## 대통일 이론
표준 모형에는 기본 상호작용의 종류에 대응하는 세 게이지 대칭, 색전하 SU(3), 약한 아이소스핀 SU(2), 약한 초전하 U(1) 대칭이 있다. 재규격화로 인해 각 대칭에 관련된 결합 상수는 측정이 이루어진 에너지에 따라 달라지는데, 에서 서로 대략 같아진다. 이를 통해 일각에서는 이 에너지 수준 위에서는 세 게이지 대칭이 하나의 게이지군과 하나의 결합 상수를 갖는 하나의 게이지 대칭으로 합쳐질 것이라는 추측을 제기했다. 이 에너지 밑에서 대칭은 자발 대칭 깨짐을 통해, 표준 모형처럼 나눠지게 된다.

이러한 방식으로 표준 모형의 대칭을 합치는 이론을 대통일 이론이라고 부르며, 대칭이 깨지는 에너지 수준을 대통일 에너지라고 부른다. 일반적으로 대통일 이론에서는 초기 우주에서의 자기 홀극의 형성과

## 초대칭
초대칭 이론은 표준 모형의 라그랑지언에 또 다른 대칭 계층을 추가하는 것으로, 이 대칭에서는 보손과 페르미온을 서로 연관짓는다. 초대칭 이론에서는 스페르미온, 차지노, 뉴트랄리노 등 초대칭 입자인 초대칭짝이 존재한다고 예측하며, 이 입자들의 스핀은 일반 입자보다 1/2 차이난다. 초대칭짝은 초대칭 깨짐으로 인해 일반 입자보다 매우 무거워, 현재의 입자 가속기로 만들 수 없을 정도이다.

## 중성미자
표준 모형에서는 중성미자가 맛깔을 바꾸지 못한다. 하지만 실험 결과에 따르면 중성미자는 맛깔을 바꾸는데, 이 현상을 중성미자 진동이라고 한다.

중성미자 진동은 보통 중성미자에 질량을 도입하여 설명한다. 하지만 표준 모형에서는 중성미자가 왼쪽 형태로만 존재하며, 오른쪽 형태가 없기 때문에, 질량 재규격화 항을 추가할 수 없어, 질량이 정확히 0이다.

가장 많이 쓰이는 해결법은 흔히 시소 메커니즘이라고 부르는 것으로, 디랙 방정식에 오른쪽 중성미자를 추가하는 것이다. 여기서 오른쪽 중성미자는 비활성 중성미자로, 표준 모형의 4개 상호작용에 모두 반응하지 않아야 하며, 전하도 없기 때문에 스스로가 스스로의 반입자처럼 작용해 마요라나 방정식의 질량 항을 가질 수 있다. 이에 따르면 중성미자의 디랙 질량은 다른 입자와 똑같이 힉스 메커니즘에 따라 결정되어 유도할 수 없고, 오른쪽 중성미자의 마요라나 질량은 힉스 메커니즘에 따라 결정되지 않는다.


질량 항으로 인해 서로 세대가 다른 중성미자가 서로 섞인다. 섞이는 과정은 쿼크 섞임의 중성미자 형태인 렙톤 섞임에 따르는데, 항상 최저치를 보이는 쿼크 섞임과 달리 중성미자는 항상 최대치로 섞이는 것처럼 관측되어, 섞이는 양상을 설명하기 위해 세대 간 대칭성의 존재 여부에 대한 여러 추론이 제기되기도 했다.

초기 우주에서의 우주 거대 구조의 형성이라는 관점에서, 가벼운 중성미자는 암흑물질이 될 수 없을 것이라고 보고 있다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과에서는 암흑물질이 되기에는 중성미자가 너무 뜨거우며(질량에 비해 운동 에너지가 크며), 은하 구조가 만들어지기 위해서는 차가운 암흑물질이 필요하다. 또한, 질량 관점에서 보아도 관측된 중성미자는 전체 암흑물질 질량의 수 퍼센트 가량밖에 되지 않는 한계가 있다.

로런츠 위반 중성미자 진동 등, 중성미자에 질량이 없어도 중성미자 진동을 설명할 수 있는 이론 또한 존재한다.

## 앞선입자 모형
쿼크와 경입자에 3세대가 있다는 문제를 해결하기 위해, 서로 결합하여 표준 모형의 쿼크와 경입자를 이루는 새로운 입자인 앞선입자를 도입하는 모형 여럿이 제안되었다. 대표적인 앞선입자 모형으로는 리숀 모형이 있다. 현재까지 일반적으로 받아들여지는 앞선입자 모형은 존재하지 않는다.

## 모든 것의 이론
모든 것의 이론은 모든 물리적 현상을 완전히 설명하여, 모든 실험의 결과를 예측할 수 있는 이론으로, 이론물리학의 최종적 목표로 일컬어지고 있다.

현실적인 관점에서의 목적은, 양자 중력으로서 표준 모형을 일반 상대성이론과 통합하는 것으로, 여기에 이론 자체의 문제를 극복하는 것과, 입자의 질량을 정확히 예측해내는 것 또한 큰 범위에서 포함된다. 통합의 어려움은 단순히 이론을 개념으로써 합치는 것에 더해, 극적인 고에너지 상황에서의 실험 결과도 설명할 수 있어야 한다는 점에 있다.

모든 것의 이론을 만들기 위한 대표적인 시도로는 초대칭, 루프 양자중력, 끈 이론이 있다.

### 루프 양자중력
일각에서는 루프 양자중력 이론이 기존 이론을 변경해야 할 필요가 제일 적기 때문에, 양자장론과 일반 상대성이론을 통합할 가장 큰 후보라고 본다. 하지만 최근 연구 결과에 따르면 양자 중력이 광속에 주는 추정적 영향에는 엄격한 제한이 있으며, 일부 이론은 현재의 양자 중력 이론을 부정하기도 한다는 문제가 있다.

### 끈 이론
끈 이론은 표준 이론을 상당 부분 개조하는 이론으로, 이론물리학자 상당수는 끈 이론이 모든 것의 이론으로 가기 위한 다음 단계라고 보고 있다. 끈 이론의 여러 형태 중 1995년 처음 제안된 M이론이 모든 것의 이론이 될 가능성이 가장 높다고 여겨지는데, M이론은 수학적으로 완전히 설명되어 있지는 않으나, 일부 특수 경우에 대한 해는 알려져 있다.