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    粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型公式(粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型公式是什么)

    發(fā)布時(shí)間:2023-04-14 10:55:21     稿源: 創(chuàng)意嶺    閱讀: 57        

    大家好!今天讓創(chuàng)意嶺的小編來大家介紹下關(guān)于粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型公式的問題,以下是小編對(duì)此問題的歸納整理,讓我們一起來看看吧。

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    本文目錄:

    粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型公式(粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型公式是什么)

    一、粒子物理學(xué)的理論模型中有多少個(gè)基本粒子?

    標(biāo)準(zhǔn)模型中62種基本粒子:(嚴(yán)格說未包括引力子共61種)

    規(guī)范粒子13種:

    傳遞強(qiáng)相互作用的媒介——膠子8種

    傳遞弱相互作用的媒介——中間玻色子W+W-Z0

    傳遞電磁作用的媒介——光子

    傳遞萬有引力的假想粒子——引力子

    特殊粒子1種:

    為了實(shí)現(xiàn)電弱相互作用在低于250Gev的能量范圍內(nèi)分解為電磁相互作用和弱相互作用的特殊粒子——希格斯 粒子。

    夸克36種:

    六味:上夸克,下夸克;粲夸克,奇異夸克;底夸克,頂夸克

    三色:紅 綠 藍(lán)

    夸克有六味,每味三色,再加上各自對(duì)應(yīng)的反粒子,總共36種不同狀態(tài)的夸克。

    輕子12種:

    電子e μ子 τ子 以及各自的中微子共六種,它們的反粒子六種

    合計(jì):13+1+36+12=62種

    二、粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型有多少粒子?

    粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型 基本粒子一共有62個(gè)

    粒子物理學(xué)中,基本粒子(英語:elementary particle)是組成物質(zhì)最基本的單位。目前在標(biāo)準(zhǔn)模型理論的架構(gòu)下,已知的基本粒子可以分為費(fèi)米子(包含夸克和輕子)以及玻色子(包含規(guī)范玻色子和希格斯粒子,也稱傳播子)。由兩個(gè)或更多基本粒子所組成的則稱作復(fù)合粒子(如中子、質(zhì)子、和介子)。

    我們?nèi)粘I钪械奈镔|(zhì)由原子所組成。過去原子被認(rèn)為是基本粒子,原子這個(gè)詞來自古希臘語中“不可切分的”。之后,原子核被發(fā)現(xiàn)是由質(zhì)子和中子所構(gòu)成。20世紀(jì)前、中期的基本粒子是指質(zhì)子、中子、電子、光子和各種介子,這是當(dāng)時(shí)人類所能探測(cè)的最小粒子。隨著實(shí)驗(yàn)和量子場(chǎng)論的進(jìn)展,發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子、介子是由更基本的夸克和膠子所組成。同時(shí)人類也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了性質(zhì)和電子類似的一系列輕子,還有性質(zhì)和光子、膠子類似的一系列規(guī)范玻色子。這些都是現(xiàn)代的物理學(xué)所理解的基本粒子。

    基本粒子(次原子粒子),分類如下:

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    費(fèi)米子

    基本費(fèi)米子分為 2 類:夸克和輕子。

    夸克

    目前的實(shí)驗(yàn)顯示共存在6種夸克,和他們各自的反粒子。這6種夸克又可分為3“代”。他們是

    第一代:u(上夸克) d(下夸克)

    第二代:s(奇異夸克) c(粲夸克)

    第三代:b(底夸克) t(頂夸克)

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    它們的質(zhì)量關(guān)系(見上圖)。另外值得指出的是,他們之所以未能被早期的科學(xué)家發(fā)現(xiàn),原因是夸克決不會(huì)單獨(dú)存在(頂夸克例外,但是頂夸克太重了而衰變又太快,早期的實(shí)驗(yàn)無法制造)。他們總是成對(duì)地構(gòu)成介子(見下圖),或者3個(gè)一起構(gòu)成質(zhì)子和中子這一類的重子(見下圖)。這種現(xiàn)象稱為夸克禁閉理論。這就是為什么早期科學(xué)家誤以為介子和重子是基本粒子。

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    輕子

    共存在6種輕子和他們各自的反粒子。其中3種是電子和與它性質(zhì)相似的重電子。而這三種各有一個(gè)相伴的中微子。他們也可以分為三代:

    第一代:(電子) (電中微子)

    第二代:(μ子)(μ中微子)

    第三代:(濤子) (τ中微子)

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    玻色子

    玻色子是依隨玻色-愛因斯坦統(tǒng)計(jì),自旋為整數(shù)的粒子。

    規(guī)范玻色子

    這是一類在粒子之間起媒介作用、傳遞相互作用的粒子。之所以它們稱為“規(guī)范玻色子”,是因?yàn)樗鼈兣c基本粒子的理論楊-米爾斯規(guī)范場(chǎng)理論有很密切的關(guān)系。

    自然界一共存在四種相互作用,因此也可以把規(guī)范玻色子分成四類。

    引力相互作用:引力子(尚惟理論性)

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    電磁相互作用:光子

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    弱相互作用(使粒子衰變的相互作用):W及Z玻色子,共有3種:W+,W-,Z0

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    強(qiáng)相互作用(夸克之間的相互作用):膠子

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    粒子物理學(xué)已經(jīng)證明電磁相互作用和弱相互作用來源于宇宙早期能量極高時(shí)的同一種相互作用,稱為“弱電相互作用”。有很多粒子物理學(xué)家猜想在更早期宇宙更高能量(普朗克尺度)時(shí)很可能這四種相互作用全都是統(tǒng)一的,這種理論稱為"萬有理論"。但是目前因?yàn)榧铀倨髂軌蜻_(dá)到的能量相對(duì)普朗克尺度仍然非常的低,所以很難驗(yàn)證。而大統(tǒng)一理論目前主要的發(fā)展方向是超弦理論。

                                                               普朗克尺度粒子

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    膠子

    膠子是強(qiáng)相互作用的媒介子,帶有色與反色并由于色緊閉而從未被探測(cè)器觀察到過。不過,像單個(gè)的夸克一樣,它們產(chǎn)生強(qiáng)子噴注。在高能態(tài)環(huán)境下電子與正電子的對(duì)滅有時(shí)產(chǎn)生三個(gè)噴注:一個(gè)夸克,一個(gè)反夸克和一個(gè)膠子是最先證明膠子存在的證據(jù)。

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    希格斯玻色子

    希格斯玻色子是一種具有質(zhì)量的玻色子,沒有自旋,不帶電荷,非常不穩(wěn)定,在生成后會(huì)立刻衰變。在標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的61種基本粒子中,希格斯玻色子是最后一種被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的粒子。

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    圖中+-號(hào)代表不可分割的最小正負(fù)電磁信息單位-量子比特(qubit)

    (名物理學(xué)家約翰.惠勒J(rèn)ohn Wheeler曾有句名言:萬物源圖于比特 It from bit

    量子信息研究興盛后,此概念升華為,萬物源于量子比特)

    注:位元即比特

    三、光是如何達(dá)到光速的?

    如果要問宇宙中有什么是絕對(duì)的?

    那么在眾多的答案當(dāng)中,“光速在真空的傳播速度是物質(zhì)、信息、能量的最快傳播速度”很可能是最佳的答案。那么問題來了,光速為什么是物質(zhì)、信息、能量傳遞的最快速度?光的動(dòng)力來自于哪里?為什么光可以直接達(dá)到光速呢?

    相對(duì)論

    要了解這個(gè)問題,我們首先要從相對(duì)論說起。話說在1905年,愛因斯坦提出了著名的狹義相對(duì)論。在這個(gè)理論中,愛因斯坦破天荒地以“光速不變?cè)怼焙汀跋鄬?duì)性原理”作為基礎(chǔ)構(gòu)建起了一座全新的物理學(xué)大廈。而通過光速不變?cè)?,我們可以推?dǎo)出物質(zhì)、信息、能量的極限速度是光速。

    愛因斯坦的這個(gè)理論剛提出時(shí),并沒有引起很大的反響,只有學(xué)術(shù)圈里的幾個(gè)人感覺愛因斯坦是水平不錯(cuò)的科學(xué)家,但是他們并不認(rèn)同愛因斯坦的理論,其中最具代表性的人物就是量子力學(xué)的奠基人: 普朗克 。

    這些科學(xué)家之所以無法接受愛因斯坦的理論,是因?yàn)檫@個(gè)理論實(shí)在是太顛覆三觀了。不過,隨著后來各種實(shí)驗(yàn)對(duì)相對(duì)論的驗(yàn)證,使得相對(duì)論越來越被科學(xué)界所接受,愛因斯坦也逐漸開始名聲大噪,直至被公認(rèn)為20世紀(jì)最偉大的科學(xué)家。

    可是愛因斯坦的相對(duì)論只是告訴我們,光速是信息、物質(zhì)、能量傳遞的最快速度,但卻沒有告訴我們?yōu)槭裁磿?huì)是這樣,這好像是冥冥之中注定的一樣的,就好像是宇宙中最底層的屬性。那后來科學(xué)家們搞明白這個(gè)問題了嗎?

    量子力學(xué)

    如今流傳著一句話“遇事不決,量子力學(xué)”。雖然這句話多少有點(diǎn)嘲諷的意味,但是量子力學(xué)本質(zhì)上就是一種解釋自然現(xiàn)象的思維方式。為什么這么說呢?

    我們都知道,科學(xué)起源于2000多年前的古希臘。古希臘哲學(xué)家在思考“萬物的本原”時(shí),就提出了兩條路徑,一條路徑是研究萬物之所以成為萬物的原因和規(guī)律,后來這條路徑被稱為形而上學(xué);另一條路徑是研究構(gòu)成萬物的最小單位,從微觀的角度來解決這個(gè)問題,這條路徑也被稱為 自然哲學(xué) ,后來演化成了如今的科學(xué)。由于科學(xué)的叫法是在19世紀(jì)初才有的,而牛頓生活在17,18世紀(jì),因此,他的著作才會(huì)叫做《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》。

    而量子力學(xué)走的就是后一條路徑,從微觀的角度來解釋萬物運(yùn)轉(zhuǎn)的規(guī)律。光速這件事就可以用量子力學(xué)的角度來解釋,那具體是如何解釋的呢?

    這就需要我們對(duì)微觀世界有一定的了解。20世紀(jì)中期,科學(xué)家利用對(duì)撞機(jī)撬開了微觀世界的大門,獲取到了許多微觀世界的物理學(xué)現(xiàn)象。結(jié)果他們大吃一驚,因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)了好多的粒子,如何給這些粒子分類就成了當(dāng)時(shí)科學(xué)家極其頭疼的問題。

    最終,科學(xué)家結(jié)合量子力學(xué)和狹義相對(duì)論,弄出了一套粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型。在這套理論中,構(gòu)成萬物的是 基本粒子 ,基本粒子分為兩類,一類是 費(fèi)米子 (費(fèi)米子又分為夸克和輕子),一類是 玻色子 。

    費(fèi)米子可以粗暴地理解成為把物質(zhì)切到最碎時(shí)的“顆粒”,無法再繼續(xù)切下去了,它們的存在使得物質(zhì)都具有一定的體積;而玻色子則是把這些“顆?!边B接起來的基本粒子,它們依靠的是傳遞相互作用,起到了膠水的作用。我們舉個(gè)例子,就拿人體中所需要的氧氣來說。

    首先,3個(gè)夸克(一種費(fèi)米子)通過膠子(一種玻色子)傳遞的強(qiáng)相互作用結(jié)合形成了質(zhì)子和中子。

    而質(zhì)子和中子通過介質(zhì)(也就是一種玻色子)傳遞的核力結(jié)合形成了原子核,而原子核和電子(也是一種費(fèi)米子)通過虛光子(一種玻色子)傳遞的電磁相互作用結(jié)合形成了氧原子,氧原子直接通過化學(xué)鍵(本質(zhì)上也是電磁相互作用)結(jié)合形成了氧分子,一堆氧分子聚到一起也就是氧氣了。

    可能你要問了,說了這么多和光速有什么關(guān)系呢?

    科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這套理論有一個(gè)硬傷,如果那就是粒子的質(zhì)量從哪來??茖W(xué)家通過計(jì)算發(fā)現(xiàn),傳遞物質(zhì)99%的質(zhì)量來自于傳遞強(qiáng)相互作用的能量(通過質(zhì)能等價(jià)理論可以等價(jià)于相對(duì)應(yīng)的質(zhì)量)。那剩余的1%呢?

    為了解決這個(gè)問題,科學(xué)家假設(shè)了宇宙中遍布著一種希格斯玻色子,它可以賦予粒子質(zhì)量,通過的方法就是給粒子減速。也就是說,起初所有的粒子傳播的速度都應(yīng)該是光速,但是絕大多數(shù)的粒子都被希格斯粒子給減速了,并獲得了質(zhì)量。只有光子沒有被減速,因此光子還保持著光速。因此,光的傳播速度是光速,它并不需要?jiǎng)恿?。這同時(shí)也解釋了為什么物質(zhì)、信息、能量傳遞的速度不可能超過光速。當(dāng)然,科學(xué)家只是做出了理論假設(shè),凡事都要講求證據(jù)。

    后來,LHC大型粒子對(duì)撞機(jī)找到了希格斯玻色子存在的證據(jù),提出理論預(yù)言的科學(xué)家還因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),希格斯玻色子的理論才成為了科學(xué)家的主流理論,被科學(xué)家們所認(rèn)可。

    總結(jié)

    光子之所以可以達(dá)到光速是因?yàn)榱W釉陟o止質(zhì)量為0時(shí)傳播速度就是光速,只是大多數(shù)的粒子由于被希格斯玻色子減速從而獲得質(zhì)量,所以大多數(shù)粒子并非光速,而光子并沒有被希格斯玻色子減速,因此,可以保持光速。

    “達(dá)到”這個(gè)詞,讓人感覺有一個(gè)加速的過程,從零逐漸增加,最后到光速。但是 光不會(huì)“達(dá)到”光速,因?yàn)楣獾乃俣扔肋h(yuǎn)不會(huì)低于光速 (這里說的是真空中,在介質(zhì)里光速會(huì)降低,變成真空光速除以這種介質(zhì)的折射率)。當(dāng)然,也不會(huì)高于光速。

    光的速度就是一個(gè)定值,——光速,大約每秒30萬公里。這就是為什么“光速”是一個(gè)自然界的基本常數(shù),而“你的速度”或者“一輛 汽車 的速度”不是自然界的基本常數(shù),因?yàn)檫@些速度是可變的,而光速不變。

    為什么你日常見到的物體速度會(huì)改變,會(huì)從零逐漸變化,而光卻不會(huì)?因?yàn)檫@是狹義相對(duì)論決定的。

    狹義相對(duì)論里,每一個(gè)物體都有一個(gè)“ 靜質(zhì)量 ”m0,就是它在靜止時(shí)的質(zhì)量,然后,當(dāng)它運(yùn)動(dòng)起來時(shí),質(zhì)量會(huì)發(fā)生變化,——這是完全超越日常經(jīng)驗(yàn)的,但卻經(jīng)過了無數(shù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)!變成什么呢?

    當(dāng)速度為v時(shí),“ 動(dòng)質(zhì)量 ” m = m0 / sqrt(1 - v^2/c^2) ,這里sqrt表示“開根號(hào)”,^2表示“平方”,c是光速。

    當(dāng)v很小時(shí),v^2/c^2接近于0,1 - v^2/c^2接近于1,sqrt(1 - v^2/c^2)也接近于1,m接近于m0,也就是說,動(dòng)質(zhì)量跟靜質(zhì)量沒有多少差別。多小算“很小”呢?你要考慮到光速是30萬公里每秒,我們?nèi)粘K姷乃俣雀啾榷疾盍撕脦讉€(gè)數(shù)量級(jí)。比如高鐵列車,假設(shè)在以360公里每小時(shí)的運(yùn)行(比最近要恢復(fù)的350還高一點(diǎn)),就是0.1公里每秒(一小時(shí)是3600秒),這個(gè)v只是c的300萬分之一!在這個(gè)速度下,質(zhì)量的變化只有幾萬億分之一的量級(jí),無法察覺。即使是以第一宇宙速度環(huán)繞地球的衛(wèi)星,速度也不過是7.9公里每秒,雖然比高鐵快多了,跟光速相比還是可以忽略不計(jì)。

    但是當(dāng)v接近光速時(shí),動(dòng)質(zhì)量跟靜質(zhì)量的差別就顯示出來了。例如v = c/2,這時(shí)你會(huì)算出m = 2/sqrt(3) m0 = 1.155 m0。如果v = 0.9 c,就有m = 2.294 m0。而如果v = 0.99 c呢?這時(shí)m = 7.089 m0。 隨著速度接近光速,動(dòng)質(zhì)量迅速地增大。

    如果速度達(dá)到光速了,會(huì)怎么樣呢?這個(gè)公式告訴你,動(dòng)質(zhì)量會(huì)變成無窮大。

    但這實(shí)際上是不可能發(fā)生的事情!因?yàn)橘|(zhì)量越大,要再加速,需要外界給它的能量就越多。到接近光速的時(shí)候,你給它天文數(shù)字的能量,也只能讓它的速度增加一點(diǎn)點(diǎn),仍然達(dá)不到光速。而你能提供的能量總是有限的。

    因此, 如果一個(gè)物體的靜質(zhì)量不為零,你就永遠(yuǎn)不可能把它加速到光速 。

    但是,還有另一種情況。如果一個(gè)物體的靜質(zhì)量為零呢?這時(shí)你會(huì)發(fā)現(xiàn),如果它的速度低于光速,動(dòng)質(zhì)量就必然是0,因?yàn)閙0 / sqrt(1 - v^2/c^2)這個(gè)分式中,分子為零,分母不為零。但這又是不可能發(fā)生的事。因?yàn)榘凑障鄬?duì)論的質(zhì)能關(guān)系,E = m c^2,能量等于動(dòng)質(zhì)量乘以光速的平方,如果動(dòng)質(zhì)量為零,這個(gè)物體的能量就是零了,它怎么可能既在運(yùn)動(dòng)又能量為零呢?

    所以,唯一合理的情況,就是這個(gè)物體的靜質(zhì)量為零,但動(dòng)質(zhì)量不為零。這種情況怎么可能出現(xiàn)?只能要求m0 / sqrt(1 - v^2/c^2)這個(gè)分式的分子分母都等于0,也就是說,v只能等于c。

    因此, 靜質(zhì)量為零的物體,只能以光速運(yùn)動(dòng),速度不可能降到光速以下 。

    光是什么樣的物體?就是這種靜質(zhì)量為零、動(dòng)質(zhì)量不為零、只能以光速運(yùn)動(dòng)的物體。

    光能夠達(dá)到光速并不是因?yàn)樗枰獎(jiǎng)恿Γ且驗(yàn)樵谟钪嬷?,凡是靜止質(zhì)量為0的東西都可以達(dá)到光速,而光子恰好就是靜止質(zhì)量為零。那為什么靜止質(zhì)量為0就可以達(dá)到光速呢?這其實(shí)和量子力學(xué)的理論模型有關(guān)。具體原因我們還得從理論物理學(xué)的發(fā)展說起。

    如果要給科學(xué)史上的理論物理學(xué)家做一個(gè)排名,可能不同的人給出的答案會(huì)是完全不同的。不過,有兩位大神肯定會(huì)被大家排到最前列,這兩個(gè)人就是牛頓和愛因斯坦。牛頓代表的是經(jīng)典物理學(xué),而愛因斯坦則代表的是現(xiàn)代科學(xué),愛因斯坦以及他所在時(shí)代的科學(xué)家更像革新者,革了經(jīng)典物理學(xué)的地基,建立了現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱: 相對(duì)論 量子力學(xué) 。

    其中,相對(duì)論幾乎是愛因斯坦一個(gè)人做出來的。相對(duì)論被分為 狹義相對(duì)論 廣義相對(duì)論 。在狹義相對(duì)論中,愛因斯坦以 光速不變?cè)?/strong> 和 相對(duì)性原理 為基本假設(shè)建構(gòu)出來的。

    我們通過光速不變?cè)磉M(jìn)行推導(dǎo),就可以得到 光速是信息、物質(zhì)和能量傳播的最快速度, 它們都無法超越這個(gè)光速(3*10^8m/s)。這個(gè)看法起初很多科學(xué)家都無法接受,狹義相對(duì)論誕生后很久才逐漸在實(shí)驗(yàn)中被驗(yàn)證,被開始被接受。很多人都會(huì)有一個(gè)疑問:為什么光速是宇宙中物質(zhì)、信息、能量的極限速度,而不是其他的速度?還有光是如何一下子達(dá)到光速的?它的動(dòng)力之源到底是什么?

    標(biāo)準(zhǔn)模型

    關(guān)于這個(gè)問題,與愛因斯坦同一時(shí)代的物理學(xué)家就在研究,前前后后上百位杰出的物理學(xué)家先是創(chuàng)立了量子力學(xué),緊接著結(jié)合狹義相對(duì)論和量子力學(xué)推導(dǎo)出了量子場(chǎng)論,進(jìn)而得到到了 粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型

    之所以需要這樣一個(gè)理論,很大原因是實(shí)驗(yàn)惹的禍。上世紀(jì)初有一個(gè)叫做盧瑟福的科學(xué)家通過簡(jiǎn)單的“α粒子”轟擊(撞)金箔,就讓他了解到原子模型,并開啟了研究核物理的先河。

    后來的科學(xué)家照葫蘆畫瓢開始用粒子"對(duì)撞”來獲得微觀世界的物理學(xué)現(xiàn)象。這一“撞”,撞出了上百種粒子,那這些粒子改如何安排的明明白白呢?

    物理學(xué)家就搞出了一套標(biāo)準(zhǔn)模型,在這套標(biāo)準(zhǔn)模型中就把這些粒子都安排明白了。這套模型實(shí)際上很復(fù)雜,不過我們可以簡(jiǎn)單粗暴地來說一下。

    話說在古希臘時(shí)代,就已經(jīng)有哲學(xué)家在思考這個(gè)宇宙到底是咋來的了?

    他們當(dāng)時(shí)提供了兩個(gè)思考這個(gè)問題的方向,一 個(gè)是研究萬物的本源,一個(gè)是研究萬物之所以是萬物背后的規(guī)律。 前者最后最終逐漸演化成研究萬物最小的構(gòu)成單位,并且在德謨克利特和亞里士多德時(shí)代達(dá)到了高峰,不過他們還停留在哲學(xué)思辨的層次,并沒有和微觀的物理學(xué)現(xiàn)象相結(jié)合。

    而標(biāo)準(zhǔn)模型則彌補(bǔ)了這個(gè)空白,是基于微觀世界的物理學(xué)現(xiàn)象構(gòu)建起來模型。在這個(gè)模型當(dāng)中,有兩種構(gòu)成這個(gè)世界的粒子,一種叫做 費(fèi)米子 ,一種叫做 玻色子 。費(fèi)米子就好比是把萬物切到最小剩下的粒子,費(fèi)米子不能處于同一個(gè)量子態(tài),因此,它們的存在使得物質(zhì)具有體積的屬性。而玻色子就好比是膠水(通過傳遞相互作用來實(shí)現(xiàn)),把費(fèi)米子粘黏起來形成物質(zhì)。

    這么說可能太抽象了,我們來舉個(gè)例子,夸克就是費(fèi)米子,而膠子就是規(guī)范玻色子,三個(gè)夸克通過膠子傳遞的強(qiáng)相互作用就可以構(gòu)成質(zhì)子或者中子。

    而質(zhì)子和中子可以通過介子傳遞的強(qiáng)相互作用來構(gòu)成原子核,原子核和電子之間是依靠光子傳遞的相互作用來構(gòu)成原子。這里沒有提到的弱相互作用則是用來維持原子核的穩(wěn)定性的。有了原子,通過原子之間的電磁力,就可以構(gòu)成費(fèi)分子,分子再構(gòu)成物質(zhì)。所以,費(fèi)米子和規(guī)范玻色子實(shí)際上就是古希臘先哲心目中的萬物本源,它們共同構(gòu)成了這個(gè)世界。

    質(zhì)量之源

    說了這么多,你可能要問了,那這和光速有什么關(guān)系呢?

    這個(gè)理論看似完美,但是卻存在著一個(gè)致命的問題: 粒子的質(zhì)量從哪來?

    根據(jù)這個(gè)理論,粒子都應(yīng)該是不具有質(zhì)量的。可是,科學(xué)家通過計(jì)算就發(fā)現(xiàn),物質(zhì)的質(zhì)量99%來自于強(qiáng)互相作用,卻還有剩余的1%不知去向。

    為了解決這個(gè)問題,幾位科學(xué)家提出了著名的希格斯機(jī)制。他們認(rèn)為宇宙中還存在著一種標(biāo)量玻色子: 希格斯玻色子 。它們可以賦予粒子質(zhì)量,那它們是如何賦予粒子質(zhì)量的呢?

    它們可以讓粒子減速,以此讓粒子獲得質(zhì)量。也就是說,如果沒有任何阻攔,粒子本身就應(yīng)該是以光速傳播,但是有一部分粒子被希格斯玻色子“攔著”,以至于速度被拖慢,并且獲得了質(zhì)量。

    萬萬沒想到的是,科學(xué)家的這個(gè)理論猜想后來還真的被大型粒子對(duì)撞機(jī)的實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證,其中2位物理學(xué)家在2012年還因?yàn)樘岢鱿8袼箼C(jī)制而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

    但并不是所有的粒子都會(huì)被“拖慢”,光子就不會(huì),所以它具有的速度就是粒子本該有的速度:光速。光子不是慢慢加速到光速的,而是它天生就是光速,也因此它的靜止質(zhì)量為零。

    四、統(tǒng)一場(chǎng)理論有公式嗎?

    從某種意義上說,統(tǒng)一的經(jīng)典幾何場(chǎng)論,我們已經(jīng)有了,那就是規(guī)范場(chǎng)論。但這個(gè)理論形式并不等于物理概念上的統(tǒng)一場(chǎng),因?yàn)?,量子層面上的統(tǒng)一還很遙遠(yuǎn)。楊振寧和米爾斯建立了規(guī)范場(chǎng)論,吸取了對(duì)稱性破缺的思想之后,這使得理論中的某些沒有質(zhì)量的粒子可以自發(fā)地獲得質(zhì)量。正因?yàn)槿绱?,中間玻色子和光子才得以被格拉肖等人包含在同一個(gè)框架內(nèi)…

    規(guī)范理論通常用微分幾何的語言討論。數(shù)學(xué)上,一個(gè)規(guī)范就是某個(gè)主叢的(局部)截面的一個(gè)選擇。一個(gè)規(guī)范變換也就是兩個(gè)截面間的變換…

    數(shù)學(xué)家注意到楊-米爾斯場(chǎng)中的規(guī)范勢(shì)恰是數(shù)學(xué)家在20世紀(jì)30~40年代以來深入研究過的纖維叢上的聯(lián)絡(luò)。1975年以來數(shù)學(xué)家對(duì)楊-米爾斯方程進(jìn)行了許多深入的研究,這些研究對(duì)于純粹數(shù)學(xué)的發(fā)展,也起了推動(dòng)作用。

    楊一米爾斯方程(Yang-Mills equation)是一個(gè)重要的微分方程,指楊一米爾斯作用量所確定的歐拉一拉格朗日方程。楊一米爾斯方程也叫做楊—米爾斯理論。

    楊氏理論是基于SU(N)組的一種量規(guī)理論,或者更普遍地說,是一個(gè)緊湊、半簡(jiǎn)單的李群。楊振寧米爾斯理論旨在描述基本粒子的行為使用這些非阿貝爾李群和統(tǒng)一的核心的電磁和弱力(即U(1)×SU(2))以及量子色動(dòng)力學(xué)理論的強(qiáng)力(基于SU(3))。從而形成了我們對(duì)粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型理解的基礎(chǔ)。

    以楊-米爾斯理論為核心的現(xiàn)代規(guī)范場(chǎng)論,在此基礎(chǔ)上形成了所謂的粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型,因此,現(xiàn)代量子場(chǎng)論以規(guī)范場(chǎng)論為核心.量子場(chǎng)論作為描述亞原子世界的最成功的物理框架,不論在計(jì)算能力還是在概念覆蓋范圍上都是無以倫比的,它對(duì)電子跟光子之間相互作用的預(yù)計(jì)精確到10<'8>分之一,而且它能準(zhǔn)確解釋宇宙中四種已知基本力中的三種.量子場(chǎng)論作為亞原子力的成功理論今天主要體現(xiàn)在所謂的標(biāo)準(zhǔn)模型中,事實(shí)上,目前沒有從標(biāo)準(zhǔn)模型中推導(dǎo)不出的已知實(shí)驗(yàn)(引力除外),正是由于規(guī)范場(chǎng)論的成功,理論物理的處境,已經(jīng)從找不到一個(gè)理論框架來理解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的局面,轉(zhuǎn)變成如果物理學(xué)家提出的理論比標(biāo)準(zhǔn)模型還新,那么就會(huì)超出目前的實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平而得不到檢驗(yàn)的局面.可見,規(guī)范場(chǎng)論在人類認(rèn)識(shí)史上一定前進(jìn)了一大步,一定有其深刻的形而上學(xué)基礎(chǔ)、重大的認(rèn)識(shí)論意義和科學(xué)方法論意義,規(guī)范場(chǎng)論中引進(jìn)協(xié)變導(dǎo)數(shù)的物理實(shí)質(zhì)…

    愛因斯坦后半生苦苦思索的統(tǒng)一場(chǎng)論至去世都沒有實(shí)現(xiàn),而楊振寧的規(guī)范場(chǎng)理論卻直接統(tǒng)一了弱相互作用力和強(qiáng)相互作用力,并且楊米爾斯方程對(duì)引力的描述也能媲美廣義相對(duì)論,居然一舉統(tǒng)一了宇宙四種基本力的三種,算的上完成了統(tǒng)一場(chǎng)論四分之三。其實(shí)中國(guó)從不缺少大師,只是大師再也不能閃耀整個(gè)時(shí)代。

    如果整個(gè)是由一個(gè)人作出來的,那他的成就和愛因斯坦一樣大了,甚至可以說是超過愛因斯坦!只有愛因斯坦曾經(jīng)以一人之力建立了相對(duì)論。其它的物理理論,如量子力學(xué),特別是后來的量子場(chǎng)論,都是由很多人,有時(shí)是經(jīng)過幾代人很多年的持續(xù)努力才建立起來的。

    因此,有物理學(xué)家將揚(yáng)振寧排名在牛頓、愛因斯坦之后的為第三位的偉大科學(xué)家…

    以上就是關(guān)于粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型公式相關(guān)問題的回答。希望能幫到你,如有更多相關(guān)問題,您也可以聯(lián)系我們的客服進(jìn)行咨詢,客服也會(huì)為您講解更多精彩的知識(shí)和內(nèi)容。


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