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量子力学的标准模型

作者:佚名    文章来源:转载    点击数:    更新时间:2023-08-21

如图所示,这就是量子力学的标准模型,量子力学模型主要描述了组成物质的基本粒子和传递核力及电磁力的载体粒子。

组成物质的基本粒子就是费米子,他共有三代。第一代就是电子、上下夸克和电中微子,所有普通物质都由他们组成。而第二代及第三代需要在宇宙射线或高能实验中(比如粒子对撞机)才能制造出来。图中有两种费米子,分别为夸克和轻子。

量子力学的标准模型 

夸克有六种:上、下、顶、底、奇、粲。其中,两个上夸克和一个下夸克组成一个质子,一个上夸克和两个下夸克组成中子。

轻子也有六种:电子、μ子、τ子、电中微子、μ中微子、τ中微子。其中我们熟悉的电子,就和质子、中子构成的原子核一起组成原子。

接下来,就是玻色子。玻色子图中有规范玻色子和标量玻色子。规范玻色子是力的载体粒子,之所以说标准模型属于量子力学,是因为在这个理论中将力场量子化,也就是量子场论,简单理解就是力的传递实质上是规范玻色子在受作用物体间的传递。简单介绍,光子传递电磁力,胶子传递强核力,W±和Z0玻色子则传递弱核力。

摘自

玻色子(英语:boson) 是依随玻色-爱因斯坦统计,自旋为整数的粒子。

这是一类在粒子之间起媒介作用、传递相互作用的粒子。之所以它们称为“规范玻色子”,是因为它们与基本粒子的理论杨-米尔斯规范场理论有很密切的关系。

自然界一共存在四种相互作用,因此也可以把规范玻色子分成四类。

引力相互作用:引力子(graviton)

电磁相互作用:光子(photon)

弱相互作用(使原子衰变的相互作用):W 及 Z 玻色子,共有3种。

强相互作用(夸克之间的相互作用):胶子(gluon)。

所以光子和胶子也被称为媒介子。倘若发现引力子,也会被归为媒介子。

粒子物理学已经证明电磁相互作用和弱相互作用来源于宇宙早期能量极高时的同一种相互作用,称为“弱电相互作用”。有很多粒子物理学家猜想在更早期宇宙更高能量(普朗克尺度)时很可能这四种相互作用全都是统一的,这种理论称为“大统一理论”。但是因为加速器能够达到的能量相对普朗克尺度仍然非常的低,所以很难验证而大统一理论主要的发展方向是超弦理论。

胶子是强相互作用的媒介子,带有色与反色并由于色紧闭而从未被探测器观察到过。不过,像单个的夸克一样,它们产生强子喷注。在高能态环境下电子与正电子的湮没有时产生三个喷注:一个夸克,一个反夸克和一个胶子是最先证明胶子存在的证据希格斯粒子。

希格斯粒子(Higgs)粒子物理学家们认为希格斯粒子与其他粒子的相互作用使其他粒子具有质量。相互作用越强质量就越大。希格斯粒子本身质量极大,但加速器能量还无法达到,而理论的计算也比较困难。物理学家们于2012年7月发现了希格斯粒子。

标准模型预言存在一种中性希格斯粒子:H。但是也有很多科学家提出其他的可能性。

基本粒子的结构、相互作用和运动转化规律的理论,它的理论体系就是量子场论。按照量子场论的观点,每一类型的粒子都由相应的量子场描述,粒子之间的相互作用就是这些量子场之间的耦合,而这种相互作用是由规范场量子传递的。

20世纪30年代以来,基本粒子理论在实验的基础上有了很大进展。在粒子结构方面,人们已经通过对称性的研究深入到了一个层次,肯定了强子是由层子和反层子组成的,对真空特别是对真空自发破缺也有了新的认识。在相互作用方面,发展了可描述电磁相互作用的量子电动力学,发展了能统一描述弱相互作用和电磁相互作用的弱电统一理论,可用于描述强相互作用的量子色动力学。它们无一例外都是量子规范场理论,并且都在很大程度上与实验一致,从而使人们对各种相互作用的规律性有了更深一层的了解。

但也有同学问,为什么没有引力子。这就要涉及到广义相对论,其中说到引力其实是时空的扭曲,这和量子场论不符合,争议性较大,况且物理以实验为基础,目前没有通过实验去证明引力可以被量子化,不过理论上已计算出引力子的质量为0,自旋为2。但还是要强调,以实验证明为准,不盲目轻信。

最后,就是标量玻色子,也叫希格斯玻色子,它规定了其他粒子的质量,所以叫标量玻色子。
 最后补充一下,图中每个小图左上角就是其质量、电荷和自旋。其中自旋就是粒子自带的角动量。

Tags:量子力学,粒子,粒子模型,量子  
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