標準模型の歴史
クォーク理論が完成したと同年の1964年、オスカル・グリーンバーグ、韓茂栄、南部陽一郎宮本米二、堀尚一が独立してカラーを提唱し、1971年ヘーラルト・トホーフトが非可換ゲージ場のくり込み可能性を証明する。
クォーク模型に至る道は、20年に至る道のりであった。小林稔の2中間子仮説を、わずかばかり修正し、坂田の2中間子仮説が出る。その後、多くの素粒子を分類・理論化する試みがなされ(1949年2粒子からなるヤン・フェルミ模型など)、1953年にマレー・ゲルマン、西島和彦らのストレンジネスの同時発見がなされる。これらを元に、1955年に坂田昌一が坂田模型を発表し、大貫義郎らが、群論を使いSU(3)モデル(IOO対称性)を示す。(クォーク模型において群論を使った嚆矢)。 さらに、八道説(日本でも唱えられている)を経て、マレー・ゲルマン、ジョージ・ツワイク、ユヴァル・ネーマンが1964年、独立してクォークを示し、長い素粒子を整理する戦いは終わる。量子色力学は、クォークの3要素(電荷1/3)に対応するよう構成されることになる。これによりゲルマンはノーベル賞を受賞。
実験結果を受けて、ハンス・ベーテはシェルターアイランド会議に出席した帰りに、スケネクタディからニューヨークへ向かう汽車の中で、水素原子の「非相対論的」なエネルギー準位について計算方法を考え、論文を提出した。ベーテの計算では、質量と電荷に無限大の補正を加えることで、無限大が相殺し最終的に有限の物理量が導出された。これは、無限大の発散を回避する繰り込みの操作であった。しかし、この計算は特殊相対論を導入していない非相対論的繰り込みであり、実験とは一致しなかった。より厳密な相対論的な繰り込み理論の確立には、超多時間論や経路積分により、場の量子論を大幅に書き換える必要があった。
標準模型は、素粒子物理学の三つの基本的な力すなわち強い力、弱い力、電磁力を記述する理論である。標準模型は、強い力の量子色力学と、弱い力、電磁力のワインバーグ=サラム理論と小林・益川理論を合わせたものとなっている。また、ワインバーグ=サラム理論の基礎には、量子電磁力学がある。
この理論は場の量子論的方法で記述されているため、量子力学と特殊相対性理論の両方と整合している。今までのところ、三つの力に関するほとんどすべての実験結果は標準模型による予言と一致する。ただし、ニュートリノは質量ゼロの粒子として定義しているため、ニュートリノ振動などの実験結果を説明するためには修正が必要である。
したがって、標準理論は基本的な力の完全な理論ではない。その理由として、先の三つの力の統一ができていないことがあげられる(「大統一理論」、「超対称大統一理論」を参照)。さらに、重力について何も記述していないことも大きな問題である。現在も標準模型を超えたより完全な素粒子模型の研究が活発に進められている。
量子電磁力学は、場の量子論の枠組みで古典電磁力学を記述しなおすものである。場の量子論は、第二量子化、生成消滅演算子、繰り込み、ゲージを導入することで成立している。