粒子物理标准模型
我们都知道,20世纪由两大物理学理论诞生,一个是相对论,一个是量子力学。相对论在大尺度上(也就是速度快,引力大的尺度)解决了很多牛顿力学解决不了的物理学现象。而量子力学则是在小尺度上(小于纳米级的尺度)解决了很多牛顿力学解释不了的物理学现象。
在一次次对撞中,科学家发现了100多种粒子。这就让他们十分头疼了,这些新粒子到底是咋回事?这有点类似于当初很多科学家发现了很多新元素,但是这些新元素之间啥关系,遵循什么规律,没有人搞得清楚。直到门捷列夫提出了元素周期律。这就好比一个无机化学的指导手册一样,指导着化学家们深入到元素的世界里。
在这套理论当中,科学家们统一了四大作用中的三大作用,分别是电磁相互作用,弱相互作用和强相互作用。
其中玻色子其实就是用来传递相互作用的。胶子和介子就是用来传递强相互作用,W玻色子和Z玻色子就是用来传递弱相互作用,光子则是用来传递电磁相互作用。还有一种玻色子叫做希格斯玻色子就是用来赋予粒子质量的。
费米子中又分为轻子和夸克,其中轻子有电子,μ子,τ子及其他们的中微子,夸克有六种:上、下、顶、底、奇、粲。
就拿夸克来说吧,如果你用粒子加速器就撞质子,结果呢,你会发现有个三不同的折射角,这其实意味着这当中有三个比质子更小的粒子存在。他们管这些粒子叫做夸克。但是,无论我们用什么办法去撞质子,都没有办法找到这些自由状态下的更小的粒子。
其实从字面上的意思来看,我们也能大致明白具体的意思,就是说夸克被关在一个地方出不来。那没有什么可以解释的呢?答案是还真有。那就是杨振宁和米尔斯的杨米尔斯理论。
这个理论告诉我们,传递强力的胶子,也就是束缚夸克的胶子。这种机制和引力是相反的。我们都知道,引力和距离的平方成反比,说白了就是距离越远,引力越小。
其中,我们熟悉的质子和中子是有三个夸克构成的,不过种类稍微有点不同,这才导致了质子的质量要小于中子。
由于质能等价的存在,中子的质量要大于质子和电子,也就说明中子的能量要大于质子和电子。这也就是解释了,在自然状态下,质子和电子不会反应生成中子,这是因为能量最低原理导致的,意思是除非有外力,能量只能从高往低。一个自由的中子,大概在15分钟左右,就会衰变成质子和电子。
以上这些就是关于微观粒子,尤其是夸克相关的一些内容。