粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型

1、18-10 粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型 標(biāo)準(zhǔn)模型(standard model of particle physics)總結(jié)從20世紀(jì)60到90年代粒子物理方面的實(shí)驗(yàn)和理論成果，逐漸建立起來(lái)的粒子物理體系。 組成物質(zhì)基本單元是三代費(fèi)米子(包括輕子和夸克)，它們之間存在著四類基本相互作用(包括強(qiáng)相互作用、弱相互作用、電磁相互作用和引力相互作用)，傳遞基本相互作用的媒介粒子是規(guī)范玻色子(膠子、光子、中間玻色子和尚未發(fā)現(xiàn)的引力子)，以及描述電弱相互作用的電弱統(tǒng)一理論和描述強(qiáng)相互作用的量子色動(dòng)力學(xué)。 1一、三代費(fèi)米子 (three generations of fermions) 自旋皆1/2，電荷和色數(shù)如表

2、所示。輕子參與弱相互作用或電磁相互作用，不參與強(qiáng)相互作用。中微子靜質(zhì)量0，子和子的靜質(zhì)量分別是電子的206.7683倍和3477.7倍。 第三代第二代第一代 夸 克 輕 子粒 子2 引入“代”量子數(shù)，將輕子和夸克分為三代，每一代都包括電荷分別為2e/3和-e/3的兩個(gè)夸克，一個(gè)帶電輕子和一個(gè)中微子。每代費(fèi)米子中，輕子的總電量為-e，夸克的為+e，每一代的總電量為零。 質(zhì)子和中子分別由夸克uud和夸克udd組成，我們的物質(zhì)世界是由第一代費(fèi)米子構(gòu)成的，第二代和第三代費(fèi)米子構(gòu)成的物質(zhì)只在高能條件下出現(xiàn)。 輕子和夸克尚未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，被認(rèn)為是類點(diǎn)粒子，是組成物質(zhì)的基本單元。3二、 基本相互作用 夸克強(qiáng)

3、子, 夸克, 帶電輕子強(qiáng)子, 夸克, 輕子所有粒子參與作用的粒子1.41310-15 m 2.4610-18 m 力程1 10-2 10-9 10-39 相對(duì)強(qiáng)度色荷 電荷弱荷 質(zhì)量 力源 膠子 光子中間玻色子(W+, W- , Z0 ) 引力子 媒介子強(qiáng)相互作用 電磁相互作用 弱相互作用 引力相互作用 力的種類 4 (1) 夸克間作用實(shí)際是色荷間相互作用，色相互作用才是基本的強(qiáng)相互作用； 夸克模型的成功對(duì)強(qiáng)相互作用加深了認(rèn)識(shí)： (2) 色中性核子間的核力作用是基本強(qiáng)相互作用的一種剩余效應(yīng)，像把電中性原子結(jié)合成分子的作用是電子與核間電磁相互作用的剩余效應(yīng)一樣； (3) 一切強(qiáng)子之間通過介子傳遞

4、的強(qiáng)相互作用都是色相互作用的剩余效應(yīng)。5 電弱統(tǒng)一理論的成功激勵(lì)人們繼續(xù)研究和探索“大統(tǒng)一理論”，力圖把電弱相互作用與強(qiáng)相互作用統(tǒng)一起來(lái)，并最終把引力相互作用也統(tǒng)一在其中。這是人們期待已久的事。 1967年溫伯格和薩拉姆提出電磁相互作用與弱相互作用統(tǒng)一的規(guī)范理論，電磁相互作用和弱相互作用是同一種基本相互作用，即電弱相互作用的兩種表現(xiàn)形式。得到一系列實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。6三、 規(guī)范玻色子 (gauge bosons) 傳遞基本相互作用的媒介粒子統(tǒng)稱規(guī)范玻色子。 1 318個(gè) 數(shù)000質(zhì) 量2 111自 旋引力相互作用色相互作用傳遞的相互作用引力子g中間玻色子(W ,W -,Z 0 )光子 膠子G粒 子 電弱相互作用7 膠子是傳遞夸克之間色相互作用的媒介粒子，是“色場(chǎng)”的量子。兩個(gè)不同色狀態(tài)的夸克通過膠子緊密地結(jié)合在一起，所以膠子必定是雙色的。 光子 和中間玻色子(W、W-及Z0 )分別是電磁相互作用和弱相互作用的媒介子，在電弱統(tǒng)一理論中，這四種粒子都是電弱作用的場(chǎng)量子，它們都是零質(zhì)量的粒子。 分析表明，膠子只可能有8種色狀態(tài)，所以在上表中標(biāo)出的膠子的個(gè)數(shù)為8。 8 但由于對(duì)稱性的破缺，只有一種媒介子(光子)保持了零質(zhì)量，而其它三種獲得了巨大的質(zhì)量。致使對(duì)稱性破缺的機(jī)制稱為希格斯(Higgs)機(jī)制。 所以理論上確信，必定還存在一種被稱為希格斯粒子的粒子。 傳遞