解读粒子标准模型,深层揭示胶子,费米子和玻色子与四种基本作用力之间的关系!
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12种基本粒子 4种传递力的相互作用的粒子下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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粒子物理学的标准模型基本粒子的组成和相互作用粒子物理学是研究物质的基本结构和相互作用规律的学科领域。
在粒子物理学中,标准模型是描述基本粒子的一个理论框架,它包含了构成物质的基础组成部分以及它们之间的相互作用。
一、基本粒子的组成标准模型认为,物质的基本组成部分可以通过基本粒子来描述。
基本粒子是构成一切物质的最基本单位,它们可以分为两类:费米子和玻色子。
1. 费米子费米子是一类具有半整数自旋的基本粒子。
在标准模型中,费米子被分为两类:夸克和轻子。
夸克是构成强子(如质子、中子等)的基本组成部分,它们分为六种:上夸克、下夸克、顶夸克、底夸克、粲夸克和奇夸克。
夸克具有电荷和颜色等量子数,它们之间通过强相互作用相互结合形成强子。
轻子是费米子的另一类,它们包括了电子、电子中微子、μ子、τ子以及它们各自的中微子。
轻子除了电子具有电荷外,其他轻子都是带有中微子的,它们通过弱相互作用来相互结合。
2. 玻色子玻色子是具有整数自旋的基本粒子。
标准模型中描述了四种基本相互作用,每一种相互作用都有对应的介质粒子。
强相互作用通过八种胶玻色子(色荷相互作用介质)来传递。
弱相互作用通过W玻色子和Z玻色子(中微子相互作用介质)来传递。
电磁相互作用通过光子来传递。
引力相互作用由引力子来传递。
二、基本粒子的相互作用标准模型中的基本粒子之间存在着多种相互作用。
1. 强相互作用强相互作用是夸克之间的相互作用,通过胶子的交换来传递。
强相互作用在原子核内起到了重要的作用,使得夸克能够结合成为强子。
2. 弱相互作用弱相互作用是轻子之间的相互作用,通过W玻色子和Z玻色子的交换来传递。
弱相互作用包括了β衰变和中微子的产生和衰变等现象。
3. 电磁相互作用电磁相互作用是电荷粒子之间的相互作用,通过光子的交换来传递。
电磁相互作用是我们日常生活中最为熟悉的相互作用,它决定了物质的电荷、电磁波的传播等现象。
4. 引力相互作用引力相互作用是质量以及能量之间的相互作用,通过引力子的交换来传递。
粒子物理学中粒子之间相互作用原理解释粒子物理学是研究微观世界的重要学科之一,它探索了构成物质的基本粒子以及它们之间的相互作用。
粒子之间的相互作用原理是粒子物理学的核心内容之一,它解释了粒子之间如何相互作用以产生不同的物理现象和力。
在粒子物理学中,粒子可以分为两类:玻色子和费米子。
玻色子是具有整数自旋的粒子,如光子、胶子等;费米子是具有半整数自旋的粒子,如电子、质子、中子等。
这些粒子之间的相互作用是通过交换粒子进行传递的。
粒子之间相互作用的基本原理是通过交换量子力。
根据原子核力学理论,我们知道所有物质都是由原子构成的。
原子由原子核和围绕着核运动的电子组成。
原子核由质子和中子组成,质子和中子通过强相互作用力相互吸引在一起。
而质子和电子之间则通过电磁相互作用力相互作用。
粒子间的相互作用是通过交换粒子来传递力的。
具体来说,当两个粒子之间发生相互作用时,它们会通过交换粒子进行相互作用。
这些交换粒子被称为力粒子,它们传递着相互作用力。
以电磁相互作用为例,两个带电粒子之间的相互作用是通过交换光子来传递的。
当两个带电粒子靠近时,它们会通过发射或吸收光子来传递电磁相互作用力。
这个过程可以形象地比喻为两个人之间通过传递一张纸条来进行交流。
而对于强相互作用力,它的传递粒子被称为胶子。
胶子传递着质子和中子之间的强相互作用力,使它们相互吸引在一起,构成了原子核。
这里的强相互作用力比喻为两个人之间通过传递一个重物来进行交流。
此外,还有弱相互作用力,它是由通过交换介子来传递的,介子传递着带电粒子和非带电粒子之间的相互作用。
弱相互作用力在粒子物理学中起到了重要的作用,如放射性衰变等。
总结起来,在粒子物理学中,粒子之间的相互作用是通过交换粒子来传递的。
不同的相互作用力有不同的传递粒子,如光子、胶子和介子等。
这些相互作用力决定了物质的性质和宏观现象。
粒子物理学的研究对于我们理解宇宙的本质和构造起到了重要的作用。
通过研究粒子间的相互作用,我们能够更深入地理解物质的微观结构和宏观现象,为人类科学技术的发展提供重要的理论和实践基础。
粒子理论知识点总结粒子物理学是物理学的一个分支,研究基本粒子及其相互作用。
基本粒子是组成宇宙和物质的基本单位,它们包括了夸克、轻子、玻色子和弦微粒等。
粒子物理学的发展进展极为迅速,特别是自20世纪50年代以来的大量实验和理论进展带来了许多新的知识和发现。
在本文中,我将对粒子理论的一些知识点进行总结,包括基本粒子、相互作用、场理论、量子色动力学、标准模型等内容。
一、基本粒子基本粒子是构成物质的最基本的粒子,它们不是由其他更小的粒子组成的。
基本粒子可以分为费米子和玻色子两类。
费米子包括了夸克和轻子,而玻色子包括了光子、W和Z玻色子以及胶子。
夸克是一种构成强子的基本粒子,它有六种不同的“味道”:上夸克、下夸克、粲夸克、顶夸克、底夸克和强子。
这些夸克之间通过弱相互作用和强相互作用来相互作用。
轻子包括了电子、中微子等,它们之间通过电磁相互作用和弱相互作用相互作用。
夸克和轻子是由玻色子传递作用力。
而玻色子分为光子、W和Z玻色子以及胶子。
光子传递的是电磁相互作用,W和Z玻色子传递的是弱相互作用,胶子传递的是强相互作用。
二、相互作用相互作用是粒子之间相互作用的方式。
粒子之间的相互作用包括了强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用。
强相互作用是夸克之间的相互作用,它负责夸克组成强子的相互作用。
弱相互作用是轻子之间的相互作用,它参与了放射性衰变等现象。
电磁相互作用是粒子之间的电磁相互作用,它负责了电磁场的产生和光的传播。
引力相互作用是粒子之间的引力相互作用,它负责了物体之间的引力作用。
在标准模型中,强相互作用是由量子色动力学描述的,弱相互作用是由电弱统一理论描述的,电磁相互作用是由量子电动力学描述的,引力相互作用是由引力理论描述的。
三、场理论场是一种描述粒子运动状态的物理量,场理论是研究场及其相互作用的理论。
场可以被分为标量场、矢量场和张量场等多种类型。
场在量子力学中的表现形式是波函数,波函数描述了粒子的运动状态。
粒子物理学中的基本粒子和强相互作用粒子物理学是研究物质的最基本构成单位的学科,它探索了构成宇宙的基本粒子以及它们之间的相互作用。
在粒子物理学中,基本粒子是构成物质的最小单位,而强相互作用则是其中最重要的一种相互作用力。
一、基本粒子基本粒子是构成物质的最基本单位,它们不能再进一步分解。
根据标准模型的分类,基本粒子可以分为两类:费米子和玻色子。
费米子是一类自旋为1/2的基本粒子,它们遵循费米-狄拉克统计。
电子是最为熟知的费米子之一,它构成了原子的外层电子壳。
此外,中子和质子也是费米子,它们构成了原子核。
玻色子是一类自旋为整数的基本粒子,它们遵循玻色-爱因斯坦统计。
光子是最为熟知的玻色子之一,它是电磁波的量子。
此外,强相互作用的介子和胶子也是玻色子。
二、强相互作用强相互作用是自然界中最强大的相互作用力之一,它负责将基本粒子组合成原子核。
强相互作用是由一种称为胶子的基本粒子传递的,这些胶子被称为胶子粒子。
胶子粒子分为八种,它们分别被称为红、绿、蓝、反红、反绿、反蓝、光和重胶子。
这些胶子粒子通过交换相互作用,将质子和中子等夸克组合成原子核。
在强相互作用中,胶子粒子的作用类似于胶水,将夸克粒子黏在一起。
强相互作用的强大可以从核反应中得到体现。
例如,太阳能的来源是核聚变反应,这是一种强相互作用的过程。
在核聚变反应中,氢原子核融合成氦原子核,释放出巨大的能量。
除了在原子核中发挥作用外,强相互作用还在高能物理实验中起着重要的作用。
例如,粒子加速器可以加速粒子到极高的能量,使得科学家可以研究粒子的微观结构和相互作用。
通过对强相互作用的研究,科学家们可以更深入地了解物质的基本构成和宇宙的演化。
总结起来,粒子物理学中的基本粒子和强相互作用是构成物质和相互作用力的基石。
基本粒子分为费米子和玻色子两类,它们是构成物质的最基本单位。
而强相互作用是负责将基本粒子组合成原子核的相互作用力,它通过胶子粒子的交换实现。
强相互作用在核反应和高能物理实验中起着重要的作用,为我们深入了解宇宙的微观结构提供了重要的线索。
粒子物理学中的标准模型粒子物理学旨在研究宇宙中构成物质的最基本单元——粒子。
在这个领域中,标准模型被广泛应用,为我们解释了物质的组成以及粒子之间的相互作用。
本文将介绍标准模型的基本原理、粒子分类以及对理解宇宙的重要性。
一、标准模型的基本原理标准模型是描述粒子物理学的基本理论框架,它由四个基本相互作用和三代基本粒子组成。
四种基本相互作用分别是电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用和引力相互作用。
这些相互作用以不同的方式影响粒子之间的运动和转换。
标准模型还包括了基本粒子的分类,主要分为费米子和玻色子。
费米子具有半整数自旋,包括夸克和轻子两类;而玻色子具有整数自旋,包括光子、W和Z玻色子、胶子以及希格斯玻色子。
二、粒子分类1. 夸克夸克是构成质子和中子等重子的基本组成元素。
标准模型中包含了六种夸克:上夸克、下夸克、粲夸克、顶夸克、底夸克和魅夸克。
夸克之间通过强相互作用力保持在一起,并通过交换胶子进行相互作用。
2. 轻子轻子包括了电子、中微子和它们的带电粒子家族——μ子和τ子。
电子是一种带负电荷的基本粒子,是构成原子的基本组成元素。
而中微子则是没有电荷与质量极小的粒子。
轻子之间通过弱相互作用进行相互作用。
3. 玻色子玻色子是负责传递基本相互作用的粒子。
其中,光子是电磁相互作用的传递者,而W和Z玻色子则介导弱相互作用。
胶子是介导强相互作用的粒子,它们使得夸克之间产生强力的相互作用。
希格斯玻色子是赋予粒子质量的关键粒子。
三、标准模型对理解宇宙的重要性标准模型是理解宇宙的基础,它帮助科学家解释了原子、分子以及宏观物质的性质。
通过研究标准模型,我们能够深入了解粒子之间的相互作用和力的本质。
此外,标准模型还为科学家提供了一种框架,用于理解宇宙的演化和发展。
通过模型中描述的粒子相互作用规律,我们可以推断出早期宇宙的状态,并对宇宙大爆炸的发生机制有更深入的了解。
然而,标准模型仍然存在一些问题和挑战。
例如,它不能解释引力相互作用,并无法解释暗物质和暗能量等未解之谜。
粒子物理学标准模型粒子物理学标准模型是描述了基本粒子和它们之间相互作用的理论框架。
它被认为是目前对基本粒子和它们之间相互作用的最完整的理论描述。
标准模型包括了三种基本相互作用力,电磁力、弱相互作用力和强相互作用力。
首先,让我们来看看标准模型中的基本粒子。
标准模型将所有基本粒子分为两类,费米子和玻色子。
费米子包括了夸克、轻子和反粒子,它们构成了物质的基本组成部分。
而玻色子则是传递相互作用力的粒子,包括了光子、W和Z玻色子以及胶子。
这些粒子通过交换玻色子来传递相互作用力。
其次,标准模型描述了三种基本相互作用力。
电磁力是由光子传递的,它负责原子核外电子和原子核之间的相互作用。
弱相互作用力是由W和Z玻色子传递的,它负责一些放射性衰变过程。
强相互作用力是由胶子传递的,它负责夸克之间的相互作用,也是构成质子和中子的力。
标准模型通过量子场论描述了这些粒子和相互作用力之间的关系。
量子场论将粒子描述为场的激发,它能够很好地描述粒子的行为和相互作用。
标准模型中的拉格朗日量包括了描述粒子动力学的项和描述相互作用的项,通过这些项的相互作用,我们能够得到描述粒子行为的方程。
尽管标准模型已经取得了巨大的成功,但它仍然存在一些问题和不足。
例如,标准模型无法解释暗物质和暗能量,也无法将引力纳入其中。
因此,一些物理学家认为标准模型只是更深层次理论的一个低能近似。
总的来说,粒子物理学标准模型是对基本粒子和它们之间相互作用的最完整的理论描述。
它包括了基本粒子的分类和相互作用力的描述,通过量子场论的框架,我们能够很好地理解粒子的行为。
然而,标准模型仍然存在一些问题,需要更深入的理论来解释。
希望未来能够有更深入的理论突破,解开这些未解之谜。
强子物理的标准模型强子物理是研究物质内部组成及其相互作用的学科,而强子物理的标准模型(SM)是描述了强子物理的基本理论框架。
它涵盖了我们对基本粒子、相互作用力以及它们之间关系的理解。
本文将介绍强子物理的标准模型的主要组成部分和基本原理。
一、标准模型的基本粒子标准模型将所有基本粒子分为两类:费米子和规范玻色子。
费米子是具有半整数自旋的粒子,包括了夸克和轻子。
夸克是构成强子的基本组成元素,而轻子则包括了电子、中微子和它们的反粒子。
规范玻色子则是具有整数自旋的粒子,用于描述粒子之间的相互作用力。
标准模型中的规范玻色子包括了光子、带电弱玻色子(W和Z玻色子)以及八种胶子。
二、强子的组成强子由夸克组成,而夸克有六种不同的"味道":上夸克、下夸克、粲夸克、奇夸克、顶夸克和底夸克。
不同的夸克组合形成了不同类型的强子,例如质子和中子都是由上夸克和下夸克组成的核子。
夸克之间的相互作用是通过胶子的交换来实现的,这就是强相互作用。
三、背景20世纪60年代至70年代初,物理学家们提出了强相互作用的理论和基础,但是直到20世纪70年代晚期,标准模型的框架才被正式提出。
标准模型成功地解释了在强相互作用下的粒子行为,并预测了一些粒子的存在,后来这些粒子通过实验证实。
标准模型得到了广泛认同,并被视为粒子物理学的基石之一。
四、标准模型的量子色动力学标准模型的量子色动力学(QCD)是描述夸克之间相互作用的理论。
QCD认为夸克具有色荷,它们通过交换胶子进行相互作用。
QCD预测了在高能量尺度下,夸克和胶子之间的相互作用非常强大,这就解释了为什么夸克在自由态很少被观测到,而总是以强子的形式存在。
五、标准模型的对称性与破缺标准模型具有一些重要的对称性。
其中包括规范对称性、手性对称性和味对称性。
规范对称性保证了标准模型的规范玻色子(如光子和胶子)的无质量性质。
手性对称性描述了夸克和轻子的左手和右手部分之间的相互转换。
味对称性指的是夸克之间的"味道"变换。
基础粒子理论的标准模型标准模型是基础粒子物理学的一种理论框架,用于描述基本粒子和相互作用的本质。
它是现代粒子物理学的基石,提供了我们对宇宙中构成物质的认识。
标准模型的基本组成标准模型由三个基本粒子类别构建而成:夸克、轻子和力的媒介粒子。
夸克和轻子是构成物质的基本组成部分,而力的媒介粒子则负责传递力。
夸克是构成质子和中子等核子的基本组成部分。
标准模型中共有六种夸克:上夸克、下夸克、粲夸克、魅夸克、顶夸克和底夸克。
每种夸克都有不同的电荷和质量。
夸克之间互相作用,形成强相互作用,由胶子传递。
轻子包括电子、电子中性子和电子电子中子中微子。
与夸克不同,轻子不直接参与强相互作用。
电子同样参与电磁相互作用,由光子传递。
除夸克和轻子之外,标准模型还包括力的媒介粒子。
这些粒子负责传递四种基本相互作用力:强力、电磁力、弱力和引力。
强力由八种胶子传递,电磁力由光子传递,弱力由带电弱子传递,引力由引力子传递。
基本粒子和相互作用标准模型通过描述基本粒子的相互作用来解释宇宙中的现象。
粒子之间的相互作用可以通过粒子之间的交换粒子来传递。
由于相互作用力的不同,交换粒子的性质也不同。
强力由胶子传递,它们是夸克之间的粘合剂,将夸克绑定在一起形成夸克组合。
电磁力由光子传递,负责电子之间的相互作用。
弱力由带电弱子传递,负责一些粒子的衰变和相互转换。
引力是最弱的力,由引力子传递,并对宏观尺度的物体起作用。
标准模型的可验证性标准模型已经通过许多实验证据的支持而得到验证。
例如,通过高能粒子加速器的实验,我们观察到粒子之间在相互碰撞中的行为。
这些实验证明了标准模型对于描述粒子之间相互作用的准确性。
此外,标准模型还成功预测了一些新粒子的存在,并在后续实验中进行了发现。
例如,在2012年,欧洲核子研究中心的ATLAS和CMS实验室发现了希格斯玻色子,这是标准模型中的一个重要组成部分。
标准模型的局限性尽管标准模型在描述基本粒子和相互作用方面取得了巨大成功,但它仍然有一些局限性。
解读粒子标准模型,深层揭示胶子,费米子和玻色子与四种基
本作用力之间的关系!
在看一些科普文章时,我们经常会遇到一些物理学名词或术语,比如费米子、玻色子、希格斯玻色子、四个基本作用力等等。
如果是没有了解过粒子物理学的同学肯定会头晕。
今天我们就来把它们说清楚。
费米子、玻色子、希格斯玻色子在物理学上统称为“粒子”。
它们是构成我们这个世界物质不可或缺的主要成分。
物质是由原子构成的
要理解这些“粒子”,我们得先从物质是由什么构成说起。
在古希腊时代,许多的智者们已经开始认真的思考,我们这个世界上的物质到底是由什么组成的?比如泰勒斯就认为,组成物质的基本元素是水,而亚里士多德则认为万物都是由四种基本物质以不同的组合形式构成的——它们是土、气、火和水。
亚里士多德
最早提出物质是由原子构成的是留基伯和德谟克里特斯。
虽然当时还是猜想,但是原子这一概念的提出,可说是人类了解物质了解这个世界的一大创举。
物理学家理查德.费曼曾经说过:如果让他选择一句话来概括现代科学中最重要的发现,他会选“世界是由原子组成的”这句话。
2000多年过去了,直到19世纪,科学家们通过实验的确发现很多熟悉的物质都有一种可以识别的最小组成单元,按照古希腊人的传统,他们还是称这些最小单元为原子。
可是后来发现,原子并不是物质不可分割的最小单元。
20世纪30年代,先是有科学家发现了电子,之后通过撞击原子核发现了质子和中子。
汤姆逊和卢瑟福,玻尔等人根据对原子核和电子性质的理解,他们建立起了各种不同的原子结构的模型:原子核由质子和中子构成,它的周周环绕着有规则运动的电子。
电子到底是如何围绕着原子核旋转的?这个曾经掀起了不小的争
论。
最后海森堡根据不确定性原理得出了最终的模型:电子是没有规则运动的,它似云一样围绕着原子核转动。
在20世纪30年代末,物理学家在研究从外太空向地球倾泻的粒子流时,又发现了一种叫μ子的基本粒子——除了比电子重200倍左右,它们的性质是一样的。
接着20世纪50年代中期,物理学家雷恩和柯万又发现了基本粒子—中微子。
如果至此科学家们就一锤定音止步不前了,那他们就不叫做科学家了。
他们就是想知道,质子、中子还能不能再分?电子还能不能再分?他们采取的办法就是:撞它!撞它!(不是盘它)
1968年,斯坦福直线加速器中心的实验家们利用强大的技术力量探索了物质的微观层次,发现质子和中子确实并不是最基本的,它们分别是由三个夸克组成。
物理学们就是这样凭着先进的科学技术,用更快更强的对撞机去撞击物质的碎片,不断得出新的“粒子”。
组成物质的基本粒子—费米子
至此,组成物质的基本粒子已经发现的有:6种夸克(上夸克,下夸克,顶夸克,底夸克,粲夸克);6种轻子(电子,电子中微子,μ子,μ中微子,τ子,τ中微子)。
中微子、μ子、τ子都是一些来无影去无踪的粒子,我们一般都很少注意到它们,熟悉的轻子主要只是电子。
就如中微子,它很少与其他物质发生相互作用,能穿透几百亿千米厚的铅,而运动几乎不受影响,它们可以随意的穿越你我的身体,穿越地球飞向遥远的宇宙,而不留任何痕迹。
这6种夸克和6种轻子是物质组成的基础单元,它们目前是不能再分割了,也不能相容、不能叠加在一起,它们只能像乐高积木一样堆积成各种各样的物质。
这6种夸克和6种轻子就称做费米子。
在量子力学上,费米子角动量的自旋量子数为半奇数整数倍的粒子,遵守泡利不相容原理。
由意大利物理学家费米而得名。
力的信使粒子—玻色子
有了费米子,就可以组成物质了吗?还是不可以。
就像做房子一样,有了砖块、瓦块还是不能堆成房子,还得有水泥等各种粘合剂才能把房间堆得牢固结实。
费米子之间得有一种相互作用力,让它们结合在一起。
过去100来年间,物理学家们通过无数次的实验验证发现,我们宇宙间的万物之间的相互作用无非就是这四个基本作用力:引力,电磁力,强核力和弱核力。
电磁力是我们身边最常见的力,如电话沟通,电视信号,各种电子产品,太阳的热,日常生活中的摩擦力等都存在电磁力。
电磁力是由电磁场产生的影响力。
光子是电磁场的基本组成,我们可以将它看作电磁力的传递者。
传递力的媒介光子,也称为电磁力的信使粒子。
强核力和弱核力是原子和亚原子中的力,所以是大家最不容易理解的力。
强核力是让夸克,质子,中子结合在一起的力,它传输力的信使粒子是胶子。
弱核力是物质放射性衰变的力,它传递力的粒子是w玻色子和z玻色子。
引力则是宏观上物体之间的相互作用力。
地球有了引力,我们才能站稳在地球上;太阳有了引力,地球和其他行星才能绕着太阳旋转。
我们身边的物体和物体之间也有引力,只是小质量物体间的引力太小了,几乎感觉不到。
光子、胶子和w、z玻色子,这些在费米子之间传递力的粒子统称做:规范玻色子。
在量子力学上,玻色子是指自旋为整数的粒子,不遵守泡利不相容原理。
由印度物理学家玻色而得名。
以上的粒子有点多,我们再总结一下:不可再分,不能相容的6种夸克和6种轻子统称做费米子,它们是构成物质的主要基础。
光子是电磁力的信使粒子;胶子是强核力的信使粒子;w玻色子和z玻色子是弱核力的信使粒子。
这种在费米子间传递力的粒子,如光子,胶子,w、z玻色子称为规范玻色子。
这些传输力的粒子,已经在20世纪70年代末80年代初由德国和瑞士的加速器实验证实和发现。
物理学们把这些粒子总结成一个粒子
物理的标准模型,如下图:
关于引力,也有科学家认为,应该存在一个引力子,但是至今实验上没有发现引力子。
引力也至今还没有列入粒子物理标准模型中。
四种基本作用力中,引力是最微弱的。
电磁斥力比引力强百亿亿亿亿亿(10^42)倍。
强核力比电磁力强100倍,而比弱核力强10万倍。
希格斯玻色子
故事至此,是否就可以结束了?小心的同学这时肯定会发现,在粒子物理标准模型的最右边还有一个希格斯玻色子。
我们之所以把希格斯玻色子放到最后,是因为它是至今最后一个发现的粒子,也因为它实在是太重要了!
如果我们把费米子和规范玻色子比喻成一个个“棋子”,那希格希玻色子就是它们的“棋盘”。
没有棋盘,棋怎么下呀?
希格斯玻色子的发现,起源于一个问题,就是玻色子中有些粒子有质量,有些就没有,如w、z玻色子有质量,而光子却没有质量。
而这些有质量粒子的质量又是如何来的?物理学家们于是假设,在这些粒子中应该有一个“场”,是这个场赋予了这些粒子的质量。
“场”的概念是很多现代物理学的理论框架。
我们之前说过电磁场,引力也有引力场,强核力和弱核力也有它们的力场。
场还可以应用于物质,叫物质场。
除了力场、物质场,那么赋予这些粒子的质量的“场”,应该算是第3种场了,这是一个怎么样的场呢?我们这里简单的说一下它的机制。
1964年,苏格兰物理学家彼得.希格斯和其他科学家先后发表了相关论文,论文表明,假若将局部规范不变性理论与自发对称性破缺的概念以某种特别方式连结在一起,则规范玻色子必然会获得质量。
后来,科学家们又得出结论,这种自发对称性破缺的机制还会让费米子也获得质量。
这个机制后来就叫做希格斯机制,而假设的这个“场”也称作希格斯场。
希格斯场充满着整个宇宙,在宇宙大爆炸刚开始时,温度极其的高,当时的温度对场的影响和温度对物质的影响是一样的。
温度越高,场的值就会变化得越猛烈。
而随着宇宙渐渐膨胀,温度也渐渐降低,场的波动也慢慢平息下来,当时的场值总体上也趋近于零。
然而,宇宙的温度继续降低到足够低时,希格斯场又会在整个空间中凝聚成一个特别的非零场值。
这种希格斯场的非零场值也是一种对称性自发破缺。
如果希格斯场的值不为零值,而宇宙中的基本粒子与无所不在的希格斯场之间存在着相互作用,基本粒子在对抗自身速度的改变中就获得了质量。
如果基本粒子与希格斯场的相互作用很小,那它就具有很小的质量,如果相互作用很大就具有很大的质量,如果没有相互作用则没有质量。
如光子,它可以完全不受影响的穿行于希格斯场之中,所以它没有质量。
假如希格斯机制是正确的,基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。
那么希格斯场就应该像其它力场一样存在着玻色子。
比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒和英国物理学家彼得·希格斯描述了粒子物理学的标准模型,他们同时也预测了基本粒子——希格斯玻色子的存在。
于是科学家们就开始找。
如欧洲核子研究组织在瑞士建成了大型强子对撞机(LHC),它是全世界最先进的粒子加速器。
它的主要研究目标之一就是证实希格斯玻色子是否存在。
大型强子对撞机(LHC)
最后希格斯玻色子真的被发现了!
2012年7月,欧洲核子研究中心运行的大型强子对撞机通过实验终于发现了希格斯玻色子。
希格斯玻色子也成为了粒子物理标准模型的最后一块拼图。
它被称做“上帝粒子”。
大型强子对撞机发现的上帝粒子
目前,四个基本作用了,除了引力,物理学家们已经在理论上统一了其中三种力。
电磁力和弱核力的统一已经在实验上得到了证实。
大统一理论,也是物理学家们孜孜以求的目标,如果哪个物理学家最终统一了四个基本作用力,那他的名字将与牛顿、爱因斯坦等人的名
字并驾齐驱,名留千古!。