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标准初学者粒子模型

“我们想知道为什么一群才华横溢，敬业奉献的人们准备献出自己的生命去追逐那些甚至看不到的微小物体？事实上，在粒子物理学家的研究中，有一个人的好奇心，并找出如何在我们生活的世界是“肖恩卡罗尔的愿望

如果你仍然不敢短语量子力学的和仍然不知道一个标准模型是什么，欢迎猫。在我的出版物中，我将尝试尽可能简单，清晰地解释量子世界的基本知识以及基本粒子物理学。我们将尝试弄清费米子和玻色子之间的主要区别是什么，为什么夸克有这样奇怪的名字，最后是为什么每个人都想找到希格斯玻色子。


我们是做什么的？



好吧，那么，我们开始一个简单的问题进入微世界：我们周围的物体由什么组成？作为一个房子，我们的世界由许多小砖块组成，这些小砖块以特殊的方式相互连接，不仅在外观上而且在属性上都创造了新的东西。实际上，如果仔细研究一下它们，您会发现并没有太多不同类型的块，只是每次它们以不同方式相互连接，形成了新的形式和现象。每个块都是不可分割的基本粒子，将在我的故事中进行讨论。

例如，拿一些物质，使其成为元素周期表的第二个元素，惰性气体，氦气。像宇宙中的其他物质一样，氦由分子组成，而分子又由原子之间的键形成。但是在这种情况下，对于我们来说，氦气有点特殊，因为它仅包含一个原子。



原子由什么组成？


氦原子又由组成原子核的两个中子和两个质子组成，两个电子围绕该原子核旋转。最有趣的是，在这里只有电子是绝对不可分的。

一个有趣的时刻在量子世界中，

该小的基本粒子，在大规模多的空间需要。因此，比质子轻2000倍的电子比原子核占据更多的空间。


中子和质子属于所谓的强子（强相互作用的粒子），或更准确地说，属于重子。

强子可分为几组
  • 重子，由三个夸克组成
  • 由一对组成的介子：反粒子粒子


顾名思义，中子带中性电荷，可以分为两个下夸克和一个上夸克。质子（带正电的粒子）分为一个下夸克和两个上夸克。



是的，是的，我不是在开玩笑，它们实际上被称为上下。看来，如果我们发现了上下夸克，甚至是电子，那么我们就可以用它们来描述整个宇宙。但是这个说法与事实相去甚远。

主要问题是粒子必须以某种方式彼此相互作用。如果世界仅由这个三位一体（中子，质子和电子）组成，那么粒子将简单地飞过广阔的空间，并且永远不会聚集成像强子一样的大物体。

费米子和玻色子


相当早以前，科学家提出了一种方便，简洁的表示基本粒子的形式，称为标准模型。事实证明，所有基本粒子都被分为所有组成的费米子和在费米子之间传递各种类型相互作用的玻色子。

这些群体之间的区别非常明显。事实是，费米子需要一些空间才能根据量子世界的定律生存，而对于玻色子，几乎不需要自由空间。

费米子

如前所述，一群费米子在我们周围产生可见物质。无论我们看到什么，都是费米子创造的。费米子被分为多个夸克，它们相互之间有很强的相互作用，并被锁定在更复杂的粒子中，例如强子和轻子，它们在空间中自由存在，而与它们的对应物无关。

夸克分为两组。
  • 顶级类型。上级夸克，电荷为+2 \ 3，包括：上，夸克和真夸克
  • 较低的类型。低级夸克，电荷为-1 \ 3，包括：低级，奇异和可爱的夸克
真实和可爱是最大的夸克，上下是最小的。为什么夸克被赋予如此不寻常的名称，更准确地说，“芳香剂”，仍然是科学家们争论的问题。

轻子也分为两组。
  • 第一组电荷为“ -1”，包括：电子，μ子（较重的粒子）和tau粒子（最重的粒子）
  • 第二组带有中性电荷，包含：电子中微子，介子中微子和tau中微子
中微子-是物质的小颗粒，几乎无法检测到。它的电荷始终为0。

问题是，物理学家是否会发现几代粒子，与以前的粒子相比，它们的质量甚至更大。很难回答，但理论家认为，轻子和夸克的世代被三人用尽。

您没有发现任何相似之处吗？夸克和轻子都分为两组，每组电荷不同吗？但是稍后会更多...

玻色子

没有它们，费米子将不断流过整个宇宙。但是交换玻色子，费米子会告诉彼此某种相互作用。玻色子本身实际上并不相互影响。
实际上，某些玻色子仍然相互作用，但是在以下有关微世界问题的文章中将对此进行更详细的讨论

：玻色子传递的相互作用发生：

  • 电磁粒子是光子。在这些无质量的颗粒的帮助下，光得以透射。
  • 强核粒子是胶子。在它们的帮助下，来自原子核的夸克不会衰减成单个粒子。
  • 弱核粒子-±W和Z玻色子。在它们的帮助下，费米子通过质量，能量传播，并且可以相互转化。
  • 引力，粒子就是引力子。微观世界的力量极其薄弱。它仅在超质量体上可见。


保留重力相互作用。
引力子的存在尚未通过实验证实。它们仅以理论形式存在。在标准模型中，大多数情况下不考虑它们。


就是这样，标准模型就组装好了。





问题才刚刚开始



尽管图中的粒子非常漂亮，但仍有两个问题。粒子从哪里获得质量，希格斯玻色子在其余玻色子中脱颖而出。

为了理解使用希格斯玻色子的想法，我们需要转向量子场论。用简单的话来说，可以说整个世界，整个宇宙不是由最小的粒子组成，而是由许多不同的领域组成：胶子，夸克，电子，电磁等。在所有这些领域中，都会不断发生轻微的波动。但是我们认为其中最强大的是基本粒子。这个论点很有争议。从波粒二象性的角度来看，微世界中相同对象在不同情况下的行为要么是波，要么是基本粒子，这仅取决于物理学家观察过程建模情况是否更方便。

希格斯菲尔德

事实证明，存在一个所谓的希格斯场，其平均值不想趋于零。结果，该字段试图在整个Universe中采用一些恒定的非零值。由于希格斯玻色子的强烈波动，磁场是一个无所不在且恒定的背景。
正是由于希格斯场，粒子才被赋予了质量。
基本粒子的质量取决于它与希格斯场相互作用并在其中不断飞行的程度。
正是由于希格斯玻色子，或者是因为它的领域，标准模型才具有如此多的相似粒子组。希格斯场被迫制造许多其他粒子，例如中微子。

摘要



我告诉您的是关于标准模型性质以及我们为什么需要希格斯玻色子的最肤浅的概念。一些科学家仍然深切希望，2012年发现的与LHC中希格斯玻色子相似的粒子仅仅是统计错误。毕竟，希格斯场违反了自然界的许多美丽对称性，使物理学家的计算更加混乱。
甚至有人认为，由于标准模型的不完善，它已经寿终正寝。但是，这还没有得到实验证明，基本粒子的标准模型仍然是人类思想的天才模型。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN382753/

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