词说科学分享 http://blog.sciencenet.cn/u/kongmoon 用古诗词演绎科学的魅力——言志抒怀诗里吟,欢歌词韵意还矜。科学也乐攀风雅,比兴描得格致新。(科学词皆从新韵)

博文

戚氏·标准模型

已有 7116 次阅读 2017-5-25 11:20 |个人分类:物理|系统分类:诗词雅集| 标准模型, 基本粒子, 规范场

惠施言,至小无内小一玄。
一尺之棰,日割其半永无边。
刀前,月重圆,惊呼此刻木失联。
方知俎上分子,禀性难保剑锋间。
果核威肃,浓云曼笼,借来射线拆迁。
见伯兄带正,幺妹携负,仲弟无偏。

兄妹对撞成烟,窥斑见豹,碎里觅诸仙。
观夸克、品族六味,色荷三颜。
作青砖,色界禁闭,结朋缔党,重子家园。
渺陶两姓,电子双名,碧瓦轻子成全。

欲把砂浆鉴,念玻色子,爱意缠绵。
攒砌微观玉宇,令青砖碧瓦任黐黏。
动车烈火雷霆,电磁运力,光子交心献。
弱力衰、中介旗三面,强力威,胶子八衔。
减速滞、质量因缘,问尊号、上帝大名签。
正从规范,江山一统,米地杨天。


最早听到“标准模型”,应该是高一的时候从一本杂志里看到的,当时除了隐约知道这是一个描述微观世界的数学模型以外,其余的内容基本看不懂,几十年来也陆陆续续看了很多相关的科普,但总是被那些复杂的公式吓退了,对标准模型的认识和高一的时候也差不了多少。后来偶尔看了科学网隔壁二傻那2篇没有任何公式的的《上帝粒子HIGGS的前生今世》后,终于对这个所谓的标准模型有了感性的认识。接着翻出岳东晓、张天蓉、施郁等大咖们的博文仔细研读,居然七窍通了六窍!至少能填那首最史上难填的词牌《戚氏》了。

自古以来,人们对构成万物基本单位的探索从未停息。庄子在《天下篇》中记载了他的挚友惠施对微观世界的看法:至小无内谓小一,也就是说一样东西小到没有“内”就是最小的单位“小一”了,那么是否存在小一呢?惠施设计了一个思想实验:一尺长的木棍,每天割下一半,他预言世世代代都割不完。实际上,按照他的割法,仅用一个月,木棍还剩下1/230,也就是早达到了分子尺度10-10,分子是保持化学属性的最小单位,再分下去那个木棰已经不是“木”了,很快就会到达原子尺度10-14。要拆开原子,科学家要借助a射线等。1906年英国科学家卢瑟福用一束α射线轰击金箔,提出了原子核外围绕着电子的太阳系原子模型(其实电子并非像绕着太阳的行星,而是不规则地在原子核外出现,就像笼罩在核外的一层云,也叫电子云)。后来科学家利用射线轰击原子的方法陆续发现原子核是由带正电的质子和不带电的中子构成。

能不能继续拆开质子中子呢?各种射线在这个时候已是黔驴技穷了。科学家又发明了高能对撞机,把两束想要拆开观察的粒子加速到接近光速,迎头对撞,分析碰撞产生的碎片就能够知道这些粒子由什么更基本的单元组成。经过几十年的探索,科学家基本搞清楚了微观粒子的构成情况,将那些不能继续拆分的粒子称作“基本粒子”。基本粒子分为三类:夸克、轻子和玻色子。我们熟知的质子和中子在对撞机里还是能分成其他粒子,所以不属于基本粒子,而电子却不能继续拆分,属于基本粒子。

夸克有六种类型,科学家用“味”来表示,一共有6种味道:udbtsc,对应的中文名称为上夸克、下夸克、底夸克、顶夸克、粲夸克和奇异夸克。3种不同的夸克组合可以形成“重子”,例如质子就是由uud复合而成,中子由ddu复合而成,所以将原子比喻成一座大厦的话,夸克就是组成这大厦的砖块。夸克除了“味”的属性以外,还有一个含3个属性的物理量,科学家借用红绿蓝三原色的比喻将这个物理量命名为“色荷”,当然这个“色”与我们熟知的颜色没有任何联系。夸克的不能被单独观察到,科学家推测是因为夸克被这些色荷“囚禁”起来了,所以只能以复合态的形式出现。

我们熟知的电子还有两位表兄弟,分别叫μ子和τ子,中文名为渺子和陶子,都带负电荷。这三个老表又分别有1个不带电的中微子表妹,分别叫电子中微子、渺子中微子和陶子中微子。这群表兄妹质量要比夸克组成的“强子”轻得多了,所以命名为“轻子”,可以比喻成建筑原子大厦的瓦。

将砖瓦粘起来必须要有“力”,在物理学的正是叫法是“相互作用”,目前发现自然界的相互作用只有4种:引力、电磁力、强力和弱力。力必须要有传播媒介才能发挥效应,例如你力大无穷,但没有东西给你打给你挑或给你抬,谁承认你有力呢?到目前为止,除引力外,科学家已经发现其余三种力的传播媒介,就是一系列的玻色子,它们就像砂浆,能将不同砖瓦根据不同的组合“砌”在一起,最终组成了我们这个多姿多彩的原子大厦。玻色子分为两大类:规范玻色子和希格斯玻色子。规范波色子有12种:1种光子,3种中间波色子和8种胶子。

我们熟知将电荷“同性排斥,异性相吸”的力叫做电磁力,其实日常生活中我们见到的力多数都属于电磁力的范畴,例如你一拳挥出去靠的是肌肉收缩,而肌肉收缩的力量来自蛋白质分子和组成原子之间的变形获得,属于电磁力,还有什么火力、电力、水力、爆炸等等都属于电磁力。电磁力的来源主要就是带电粒子通过交换虚光子来完成;强力是将夸克黏起来的力,原子弹、氢弹的威力就是来自于强力的释放,它要比电磁力大2个数量级,强力的产生是靠8种胶子在夸克间作用的结果。原子核内还有一种能让中子等重子发生衰变的力叫做弱力,由W+W-Z0玻色子作为媒介所产生,地球内部的热据说就是来自弱力的释放;根据相对论,速度能达到光速的粒子质量必须为零。而宇宙大爆炸发生的那一刻,所有产生的粒子都是以光速行进的,究竟是什么东西让它们速度慢下来从而获得质量呢?希格斯等人提出了希格斯机制,预言了有一种玻色子会产生一个弥漫宇宙的场,其他粒子和它相互作用,速度减慢而获得质量。就像我们快步跑进风中速度会降下来一样。由于这种粒子一直没被发现,所以被人们叫做“上帝粒子”,一直到2012年才由欧洲的大型强子对撞机发现。它的正式名称叫做希格斯玻色子。

至此,我们知道,组成我们这个世界的基本粒子是:夸克有63色,总共是18种,加上他们的反粒子,一共是36种;轻子6种加它们的反粒子共12种;玻色子家族由8种传递强力的胶子、3种弱力传递子、传播电磁力的光子和赋予粒子质量的希格斯玻色子组成,一共是13种。整个基本粒子家族共有61种。奇怪的是那么多的“子”怎么都那么听话,都是先被预言后又被证实存在了呢?原来他们都被一个叫Yang-Mills规范场的理论统一起来的,这Yang-Mills究竟是何方天才?原来就是大名鼎鼎的杨振宁和他的学生米尔斯!杨-米尔斯规范场是他俩在1954年提出的一个解决粒子相互作用非常复杂的方程,经过许多顶尖高手前赴后继地不断完善,终于把电磁力、强力和弱力统一了起来!所以很多人都认为2013年的诺贝尔物理学奖其实应该分给杨振宁一份才对。但或者是诺贝尔奖委员会想过几年再单独给老杨也说不定,因为杨振宁恢复中国籍后说了一句话:我要活到100岁!




https://blog.sciencenet.cn/blog-449537-1056991.html

上一篇:东风第一枝·光合作用
下一篇:感谢陈安赠《樱花残》
收藏 IP: 202.103.215.*| 热度|

42 尤明庆 侯成亚 李毅伟 徐令予 钟炳 杨正瓴 文克玲 张金龙 宁利中 李学宽 谢力 张晓良 魏焱明 朱晓刚 侯沉 施郁 潘竟虎 王从彦 姬扬 代恒伟 武夷山 岳东晓 徐旭东 史晓雷 郑永军 鲍博 蒋永华 陈南晖 陆泽橼 樊采薇 白图格吉扎布 刘全慧 刘钢 zjzhaokeqin haipengzhang xlsd dulizhi95 biofans mrwangrongming ymytm aliala zhangxiangtong

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (43 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2022-11-28 00:20

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部