说点粒子物理(一) (转载) fft

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我不是何足道 2003-07-04 字数 0

从老早老早开始, 就有人想知道组成我们这个世界的最基本的单元是什么. 这

个好奇心一直保持到现在. 因为到如今我们还是不能确切知道这个问题的确切

答案. 对这个问题的研究, 在物理学方面形成一个物理学分支, 就是粒子物理.

所以粒子物理学从根本上讲就是想搞清楚构成这个世界的最小的物质单元是什么

以及这些单元是如何组成我们的宏观世界的.

因为我们的认识总是不断前进的, 在一个阶段有一个阶段的看法. 那目前我们的

看法就是, 组成我们这个世界的基本粒子一共就有那么18种(和他们的反粒子),

(hehe...是不是有点耸人听闻?), 他们被分为三类, 分别是: 夸克(Quark),

轻子(Lepton), 媒介粒子(Mediator)(比较专业和吓人的叫法是中间

玻色子或规范玻色子)和希格斯粒子(Higgson).

夸克和轻子各六种, 每一种被称为一味(flavor), 只有最初想到这称呼的人才

知道为什么要叫"味". 这六种味又被分别划分为三代(generation), 就是两味

一代. hehe.. 分来分去, 头都大了, 还是列个表清楚一些:

d 夸克 (d 意为 down)

+----<                            (第一代)

|      u 夸克 (u 意为 up)

|

|      s 夸克 (s 意为 strange)

+---- 夸克 ---------+----<                            (第二代)

|                   |      c 夸克 (c 意为 charm or color)

|                   |

|                   |      b 夸克 (b 意为 bottom or beauty)

|                   +----< �                          (第三代)

|                          t 夸克 (t 意为 top)

|

|

|                          电子       ( e )

|                   +----<                           (第一代)

|                   |      电子中微子 ( νe )

|                   |

基本    |                   |      μ轻子     ( μ )

---+---- 轻子 ---------+----<                           (第二代)

粒子    |                   |      μ中微子   ( ν  )

|                   |                    μ�

|                   |

|                   |      τ轻子     ( τ)

|                   +----<                           (第三代)

|                          τ中微子   ( ν  )

|                                        τ

|

|                   +---- 胶子        ( g , gluon)

|                   |

+---- 媒介粒子 -----+---- 光子        ( γ  )

|                   |

|                   |      ±            +   -

|                   +---- W  粒子     ( W  , W  )

|                   |

|                   |      o

|                   +---- Z  粒子

|                   |

|                   +---- 引力子       ( G )

|

+---- 希格斯粒子   ( Higgs Boson)

在这个表里面, 没有写出夸克和轻子的相应的反粒子, 其实它们每一个都有自己

相应的反粒子. 就不写了.

我们是如何知道这些基本粒子的, 那就要讲很长很长的故事了. hehe... 以后慢

慢说.

现在我们知道了这些组成单元, 想想这个花花世界就是这些无聊古怪难记的东西

组成, 连ppmm也是, sigh... 想起来就没情调. 于是不甘心的问, 怎么可能呢,

他们是怎么组合在一起的? 是怎么拼出ppmm的呢? 这就是粒子物理研究的另一个

主要方面, 粒子间的相互作用. 这里相互作用, 我们平时也叫力. 我们现在的理解

是这个世界上有四种基本相互作用力, 分别是:

①  强相互作用 (只在很小的范围内起作用, 所以也叫短程力)

②  弱相互作用  (作用的范围很小, 也是短程力.)

③  电磁相互作用 (作用范围无穷大, 叫长程力)

④  引力相互作用 (也是长程力)

其中弱相互作用和电磁相互作用已经一个统一的理论所描述, 合为弱电相互作用.

我们现在都认为, 粒子之间发生相互作用都是通过交换中间玻色子来实现的. 就

好象一个同学扔一个篮球给另一个同学一样. 相互作用就是通过这些中间中间玻

色子为媒介来产生的, 所以也叫媒介粒子. 其中强相互作用的媒介粒子是胶子,

我想是因为我们从来没有观测到单个夸克, 它们从来都是被强作用所束缚"成团"

出现, 象被胶在一起一样, 所以叫胶子; 弱作用是通过W^±和Z^0 (^表示上角标)

来实现; 电磁相互作用对应的媒介粒子是光子; 引力作用对应的媒介粒子是引力子.

引力子至今还只是一个理论概念, 尚未在实验上直接或间接观察到.

想想高中物理, 研究静电相互我们可以把带电小球挂起来来测量它们之间的静电

吸引或排斥力, 卡文迪许研究万有引力常数的时候可以挂两个大铅球来测量, 那

粒子间的相互作用呢? 可惜粒子太小了(比如电子, 我们死活测不到它有大小),

不能这样来搞. 现在物理学家们只好用一些间接的方法来研究这些相互作用的性质.

概括起来主要有三种:

① 粒子的碰撞散射.

就是让粒子碰一碰, 看看碰后都有什么产物, 各个粒子的在各个方向的分布等

来推测相互作用的性质.

② 粒子的衰变.

衰变就是粒子自发的转变和解体的过程. 通过研究衰变的终产物和衰变过程的

特征(比如衰变的特征时间)也可以研究有关的相互作用的性质.

③ 粒子的束缚态.

就是在多个粒子"绑"在一起的状态下, 研究各个成分粒子的性质来研究相互作用.

就写到这里, 累死我了. 我自己看了都失望, sigh.

DEP.THU 清华工程物理系