Le modèle standard

Un des objectifs des théoriciens est de réunir les quatre forces en une seule. Actuellement, les quatre forces sont basées sur des théories vérifiées expérimentalement.

La mécanique classique a été englobée par la mécanique quantique qui décrit les phénomènes aux échelles infimes. Les forces faibles et électromagnétiques peuvent être couplées en une seule force, dite électrofaible. Elle est aussi vérifiée expérimentalement : lorsque les particules élémentaires se deplacent à des vitesses très élevées, elles ressentent les deux forces comme une seule force combinée, à des vitesses moindres, elles ressentent les forces de manière séparées. Le couplage entre la force faible et forte est fondé théoriquement, mais il reste à être vérifié expérimentalement. Quant à la théorie quantique des champs, elle prend en compte à la fois les effets quantiques et relativistes.

La mécanique classique a été englobée également par la relativité générale qui prend en compte les effets gravitationnels et relativistes, mais pas sur des échelles quantiques.

Le lien entre la théorie quantique des champs et la relativité générale reste à ce jour à l'état d'étude.

Limites du modèle standard...

Un des problèmes pour vérifier divers modèles tentant de réunir les forces fondamentales est qu'ils mettent en jeu des énergies considérables, non réalisables en laboratoire. En effet, dans ces conditions les forces seraient vues par les particules comme une force unique, et lorsque les énergies en jeu sont moindres, les particules subiraient les forces de manière séparée. La cosmologie est un domaine privilégié d'étude pour tester les modèles, car elle met en jeu ces énergies en particulier lors des premières secondes de l'univers. Un autre problème est que les lois de la physique à ces énergies peuvent être complètement différentes de celles que nous connaissons...

La composition de l'univers reste à être élucidée, en particulier il est regroupé sous le terme "matière noire" de la matière baryonique (composée de trois quarks) et principalement non-baryonique qui nous est inconnue, mais dont les effets sont visibles dans les structures à grandes échelles de l'univers. A un moment, les neutrinos présents dans l'univers étaient des particules favorites, mais récemment la mesure supérieure de leur masse est si faible qu'ils ne sont plus considérés comme des candidats sérieux à la masse manquante (26%) dans l'univers.