Il Modello Standard è una teoria che descrive i componenti primi della materia e le loro interazioni; solo tre delle quattro forze fondamentali osservate in natura sono di fatto considerate dal modello: l'interazione elettromagnetica, quella debole (unificate nella cosiddetta interazione elettrodebole) e l'interazione forte. Esso costituisce una teoria di campo quantistica, consistente quindi con la meccanica quantistica oltre che con la relatività speciale, in cui ciascuna interazione tra i campi di materia è regolata da un'opportuna simmetria locale (di gauge); conseguenza di ciò è che l'interazione tra campi di materia può interpretarsi in termini di scambio di bosoni che, proprio per il loro ruolo, vengono detti bosoni mediatori (o di gauge). I bosoni di gauge del Modello Standard sono i seguenti:
Il Modello Standard divide dunque le particelle fondamentali in due tipi: i cosiddetti campi di materia (leptoni - che subiscono solo interazioni elettrodeboli - e quark) e i bosoni mediatori delle forze. Leptoni e quark sono fermioni e, come tali, sono particelle con spin semintero (½ per tutti i fermioni del Modello Standard), al contrario dei bosoni, caratterizzati invece da spin intero (spin 1 nel caso specifico di bosoni di gauge). Una panoramica dei fermioni (in tutto 6 tipi - o sapori - di quark e 6 di leptoni) è rappresentata nell'immagine.
Si dimostra che le trasformazioni di gauge possono essere descritte esattamente per mezzo di un gruppo unitario chiamato gruppo di gauge. Il gruppo di gauge dell'interazione forte è SU(3), mentre quello dell'interazione elettrodebole è SU(2)×U(1): perciò il Modello Standard è noto anche come SU(3)C×SU(2)L×U(1)Y. Tuttavia, se tale simmetria fosse esatta, allora tutti i bosoni di gauge sarebbero privi di massa (come accade per fotoni e gluoni); questa eventualità è esclusa dall'evidenza sperimentale che quantifica la massa di W e Z in circa 80 e 91 GeV/c2 rispettivamente. La possibilità di mantenere la struttura fondamentale del modello, salvaguardandone predittività e consistenza teorica, è offerta dal meccanismo di Higgs, che, a fronte dell'introduzione di un ulteriore campo scalare (un bosone di spin 0), consente di assegnare massa non soltanto ai bosoni W e Z, ma anche a tutti i fermioni del modello rompendo in modo spontaneo la simmetria di gauge; in particolare, la rottura avviene secondo lo schema SU(2)L×U(1)Y×U(1)em, in cui si recupera la simmetria caratteristica dell'elettromagnetismo, di cui non sono state mai osservate violazioni.
dagli esperimenti ATLAS e CMS operanti presso l'acceleratore LHC del CERN di Ginevra.
Ad oggi, essenzialmente tutte le verifiche sperimentali del Modello Standard si sono dimostrate in accordo con le previsioni; nonostante ciò, il Modello Standard non può considerarsi una teoria completa delle interazioni fondamentali, dal momento che non include una descrizione della gravità e non è compatibile con la relatività generale. Ecco allora la necessità di cominciare a esplorare oltre la scala elettrodebole, alla ricerca di simmetrie o dimensioni più estese di quelle che oggi caratterizzano il Modello Standard.
