標準模型を超える物理
理論物理学は万物の理論、つまり全ての既知の物理現象を完全に説明し結びつけ、実行可能なあらゆる実験の結果を原理的に予測することができる理論を目指している。実際的にはこの点に関する当面の目標は量子重力理論において標準模型と一般相対性理論を統一する理論を作り出すことである。どちらか一方の理論の概念的欠陥を克服したり、粒子の質量を正確に予測できるような付加的な特徴が望まれる。このような理論をまとめる際の課題は概念的なものだけではなく、新奇な領域を探るためには非常に高いエネルギーが必要であるという実験的側面における課題もある。
この方向の注目すべき試みとして、超対称性、ループ量子重力理論、ひも理論(M理論)、E8理論、数学的宇宙仮説、量子情報からの創発、因果力学的単体分割などがある。
ほとんどのクォーク混合角が非常に小さいのに比べ、ニュートリノの混合角は非常に大きいと考えられている。このことから混合パターンを説明できような様々な世代間の対称性についての様々な推論がなされた。実験的には調べられていないものの、混合行列にはCP不変性を破るいくつかの複雑なフェーズが含まれている可能性がある。このようなフェーズによって初期宇宙で反レプトンよりも多くのレプトンが生成されたことを説明することができる。このような過程はレプトン生成(leptogenesis)として知られる。これは後の段階で反バリオンより多くのバリオンに変換されるため、この非対称性によって宇宙における物質と反物質の非対称性を説明することができる。
初期宇宙における大規模構造の形成を考慮すると、質量の軽いニュートリノでは暗黒物質の観測結果を説明することができない。構造形成のシミュレーションによると、ニュートリノは暗黒物質の候補としては熱すぎ(運動エネルギーが質量に比べ大きい)であり、我々の宇宙の銀河に似た構造を形成するためには冷たい暗黒物質が必要であることが示されている。シミュレーションにおいて、ニュートリノでは解明されていない暗黒物質のうちせいぜい数パーセントしか説明できないことが示されている。しかし、重いステライル右巻きニュートリノは、WIMP(Weakly interacting massive particles)と呼ばれる暗黒物質の候補となりうる。