標準模型雖取得了很大的成功，但不少科學(xué)家認為它很可能不是粒子物理學(xué)最基本的理論，多年來科學(xué)家們一直在努力建立一種超越標準模型的新理論。
1973年，美國科學(xué)家帕提（Jogesh Pati，1937- ）（右圖）和薩拉姆提出了統(tǒng)一描述夸克和輕子的帕提-薩拉姆模型，預(yù)言了質(zhì)子的衰變。 
1974年，美國科學(xué)家喬治（Howard Georgi，1947- ）（左圖）和格拉肖提出了把強、弱、電三種相互作用統(tǒng)一在一起的SU（5）大統(tǒng)一理論。該理論認為：質(zhì)子是不穩(wěn)定的，估算出的質(zhì)子壽命約為1028-2.5×1031年。大統(tǒng)一理論還作出預(yù)言：它可以自動得出電荷量子化，即所有電荷應(yīng)是e/3的整數(shù)倍的結(jié)論 。大一統(tǒng)理論與標準模型不同，它預(yù)測質(zhì)子衰變的存在。科學(xué)家們推測，一旦證實質(zhì)子真的會衰變，大約1035年以后，宇宙將成為稀薄的電子正電子等離子體。 
大統(tǒng)一理論引起了觀念上的突破。
1974年，美籍澳大利亞科學(xué)家奎恩（Helen Quinn，1943- ）（右圖）與喬治和溫伯格計算出實現(xiàn)強相互作用和弱電相互作用之間團聚所需的能量。從此，各種類型的大統(tǒng)一模型如雨后春筍涌現(xiàn)出來。
測定質(zhì)子的壽命成為大統(tǒng)一理論能否成立的關(guān)鍵。由于質(zhì)子壽命很長，估計為1031年左右，即一年期間在1031個質(zhì)子中才會有一個質(zhì)子蛻變。為了消除宇宙射線的干擾，整個實驗要在地底深處進行。1983年前后，美國、印度、日本等國的科學(xué)家做了一些探測質(zhì)子衰變的實驗。
美國IBM公司的一個協(xié)作組在俄亥俄（Ohio）州克里弗蘭市以東600多米的一個鹽礦中進行實驗。探測裝置的中部是17×18×23立方米的純水，矩形體的六面布置了2048只光電倍增管，每只直徑為12.5厘米，想以此來探測正電子和兩個高能光子通過純水時產(chǎn)生的契侖柯夫輻射。經(jīng)過204天的連續(xù)觀察未測到一個質(zhì)子衰變事例。據(jù)此推算，質(zhì)子的壽命一定大于1.7×1032年，從而否定了SU（5）大統(tǒng)一理論。
一個由印度和日本科學(xué)家組成的實驗小組，在地下3000米的柯拉金礦的廢礦井中進行的實驗卻傳出佳音。兩年內(nèi)共發(fā)現(xiàn)6個質(zhì)衰變的事例，其中3個認為是比較可靠的。據(jù)此推算，質(zhì)子的平均壽命約為7×1030年，與大統(tǒng)一理論相符。但這一實驗結(jié)果比較粗糙，沒有得到公認。質(zhì)子是否衰變尚在探索之中 。 
1999年，日本超級神岡的實驗并未能深測到質(zhì)子衰變，還有一些實驗也對大統(tǒng)一理論做出了不利的結(jié)論。這至少說明大統(tǒng)一理論要走相當(dāng)長的路才能成為一個有效的理論。
為了克服大統(tǒng)一模型的缺點，科學(xué)家們對于是否存在著更大的對稱性更加關(guān)注。1973年時有人提出來一個巧妙的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，稱為超對稱（super-symmetry）理論（左圖）。按照這一理論，費米子和玻色子都填入同一線性表示中，通過規(guī)范作用可以互相轉(zhuǎn)化。為了達到這一目的，理論不得不在已知的微觀粒子基礎(chǔ)上引入大量配偶粒子。超對稱理論形式十分美妙，可惜這些配偶粒子至今都沒有找到。
為了把引力也統(tǒng)一進來，把引力作用也理解為一種規(guī)范作用，1976年有人提出新的對稱概念，稱為超引力（super-gravity）理論，它與超對稱并不一樣，可是有密切關(guān)系。
1984年又有人提出了超弦（super-string）理論（右圖）。超弦理論認為微觀粒子不是一個點，而是一條弦，并在弦的基礎(chǔ)上形成一套量子化方法，但由于數(shù)學(xué)上的困難，一些基本參數(shù)暫時還算不出來。弦理論預(yù)言宇宙除了三維空間外，還存在著額外維空間。
20世紀90年代，有人在10維空間弦理論的基礎(chǔ)上提出了11維空間的膜（M）理論。膜理論認為人們直接觀測所及的好似無邊的宇宙是十維時空中的一個四維超曲面，就象薄薄的一層膜。膜理論使一些原本難以計算的東西可以用弦論工具來做嚴格的計算了。
大統(tǒng)一理論還有許多問題有待于探索和研究。雖然大統(tǒng)一理論還未獲得成功，但是尋找四種相互作用統(tǒng)一的研究工作不會中斷，科學(xué)家們?nèi)栽谂χ小?/P> |
