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凱氏定氮儀分屬于物質結構的不同層次

更新时间:2016/11/9 12:01:40 人氣:

 爲什麽頂誇克會有這麽樣重的質量,是粒子物理中要研究的重要問題.  §6.14 標准模型及相互作用的統一粒子物理的標准模型  20世紀60年代以來,人們關于粒子世界物質結構和運動的基本規律的認識有了重大的突破,形成了粒子物理的標准模型.  標准模型認爲,微觀物質的基本相互作用有3種,即:色相互作用、電弱相互作用和引力相互作用.  定氮儀色相互作用是一种SU(3)规范相互作用,具有很高的对称性,它的实验2表现为粒子间的强相互作用.色相互作用的媒介粒子是胶子g,有3-1=8种,胶子的自旋为1,都没有静止质量.  电弱相互作用也是SU(2)×U(1)规范相互作用,具有比较高的对称性质,2电弱相互作用的媒介粒子有(2-1)+1=4种,自旋为1,都没有质量.在能量低于250GeV的范围,这种SU(2)×U(1)对称性自发地破缺了,统一的电弱相互作用分解成为性质极不相同的电磁相互作用和弱相互作用.电磁相互作用是一种U(1)规范相互作用,它的媒介粒子是光子 γ,仍然没有静止质量,-然而弱相互作用的3种媒介粒子————W+、


W、Z都获得了很重的质量.  引力相互作用,普遍存在于所有物质粒子之间,如果引力相互作用也是通过媒介粒子传递的,它的媒介粒子————引力子应该是自旋为2的粒子,也没有静止质量.  在已发现的479种粒子中,规范玻色子和轻子还没有被观察到有内部结构,还可以被看作是 “点”粒子.强子是由夸克、反夸克和胶子所组成的复合粒子,强子和规范玻色子以及轻子不属于同一层次.现在还没有观察到夸克和胶子有内部结构,它们也还可以被看作是 “点”粒子,是属于和规范玻色子以及轻子同一层次的粒子.  如果把质子放大到一个足球场那样大,组成质子的夸克和胶子就都比足球 1  4第六章 粒子世界 0还要小.由此可见,强子内部的结构也是很稀松的,物质粒子所占的空间也只是强子所占空间的很小的一部分.按标准模型对粒子的分类  在现有对粒子物理世界的认识的基础上,可以对现在认识的 “点”粒子进行分类,即按标准模型对粒子进行分类.粒子可以分成3大类.  (1)规范玻色子:3种基本相互作用的媒介粒子,共13种,性质如表6-2所示.表6-2 规范玻色子的性质相互作用强电  磁弱引  力粒  子胶子光子W、Z引力子自  

旋1112個  數8131質  量00>>mp0  實驗上沒有觀察到自由狀態下的膠子,但膠子在粒子相互作用過程中的存在已經有充分的實驗驗證.由于引力相互作用太弱,實驗上直接觀察放出或吸收引力子非常困難,現在還沒有引力子存在的直接實驗證據.  許多年來,天體物理學家做了許多觀測來探究是否有遠方星體運動所發出的引力波存在,不過迄今爲止還沒有得到肯定的結果.  


(2)费米子:自旋量子数J=1/2的粒子,包括轻子和夸克.  按照电弱统一理论,自然界的费米子必须是成组地存在的,每一组费米子的电荷之和等于零.一组费米子称为一 “代”费米子,其中包括1个中性轻子,即中微子,1个带电轻子,2味夸克.2味夸克中1个夸克带2/3单位电荷,1个夸克带-1/3单位电荷.  轻子不带色荷,不直接参与色相互作用,夸克带色荷,可以直接参与色相互作用,每味夸克有3种色荷状态.考虑到夸克有3种色荷状态,一代费米子包括8个粒子,它们的电荷之和确实为零.  现在已知自然界至少存在3代费米子,它们的性质如表6-3所示.  这样,由于每种夸克有3种色状态,每一代费米子包含有8种粒子,3代共有24种费米子,再加上它们的反粒子,共有48种费米子. §6.14 标准模型及相互作用的统一 1 41 表6-3 费米子的名称和性质粒子类型轻  子夸  克电荷0-12/3-1/3重子数001/31/3色状态数1133第一代中微子 νe电子eu夸克d夸克第二代中微子 νμ

μ子c夸克s夸克第三代中微子 νττ子t夸克b夸克  


(3)希格斯粒子:自旋量子數爲0的粒子.  按照電弱統一理論,電磁相互作用和弱相互作用本來是某種統一的電弱相互作用,具有比較高的對稱性質,電弱相互作用的4種媒介粒子都沒有質量,所有的費米子也都沒有質量.但是在能量較低的範圍,這種對稱性自發地破缺了,統一的電弱相互作用分解成爲性質極不相同的電磁相互作用和弱相互作用.同時除了中微子外,所有的費米子都獲得了質量.  電弱相互作用的對稱性自發破缺的實現要求自然界存在一種自旋量子數爲零的特殊的粒子,稱爲希格斯(Higggs)粒子.理論對于這個中性希格斯粒子的所有的相互作用性質和運動行爲都有精確的描繪和預言,但是對它的質量卻完全沒有給出任何預言.現在實驗上還沒有發現這種希格斯粒子,從已有的實驗結果來看,希格斯粒子如果存在的話,它的質量應該大于95.3GeV.從實驗上去尋找希格斯粒子是當前粒子物理實驗研究的中心課題之一.  按照現在對粒子世界結構規律的認識,按照標准模型,粒子世界是由62種粒子構成,其中有60種的存在已被實驗所證實了,還有兩種現在實驗上



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