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微观粒子论
基本粒子中所有的物质粒子都是费米子,是构成物质的原材料(如轻子中的电子、组成质子和中子的夸克、中微子);而传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、W和Z玻色子)都是玻色子。
费米子是像电子一样的粒子,有半整数自旋(如1/2,3/2,5/2等);而玻色子是像光子一样的粒子,有整数自旋(如0,1,2等)。

胶子- 强相互作用的媒介粒子,自旋为1,有8种,胶子是传递夸克之间色相互作用的媒介粒子,是“色场”的量子。两个不同色状态的夸克通过胶子紧密地结合在一起,所以胶子必定是双色的。

光子- 电磁相互作用的媒介粒子,自旋为1,只有1种。g和中间玻色子(w+、w-及z0)分别是电磁相互作用和弱相互作用的媒介子,在电弱统一理论中,这四种粒子都是电弱作用的场量子,它们都是零质量的粒子。

理论上确信,必定还存在一种被称为希格斯粒子的粒子。这些基本粒子在宇宙中的“用途”可以这样表述:构成实物的粒子(轻子和重子)和传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、W和Z玻色子)。在这样的一个量子世界里,所有的成员都有标定各自基本特性的四种量子属性:质量、能量、磁矩和自旋。

大统一理论无法统一引力,将引力也统一为单一超力的理论就叫超统一理论,也叫“超引力理论”。由于这种理论引入了超对称概念,所以又叫“超对称理论”。

对称是一个普通的概念,如上下、正反等等。在物理定律中,也一直存在着电荷、镜像和时间对称。后来发现,在基本粒子的性质中,除了上述对称外,还存在着一种更玄妙的超对称,即粒子通过旋转而相互联系起来,一个旋转的粒子可以变成一个不旋转的粒子,一个组成物质的费米子可以变成一个携带力的玻色子。如光微子变成光子、 引力微子变成引力子等。在一定意义上,所有基本粒子可以认为是同一“超子”的不同侧面。

超统一理论有许多不同的表述,其一是,时空除了我们体验到的4维(3维空间1维时间)外,还有额外的一些维数。

但超引力理论也存在局限性。如霍金估计,要证实是否清除了无限大,一个能干的学生用计算机需要计算200年。


科学界在1956年前一直认为宇称守恒,也就是说一个粒子的镜像与其本身性质完全相同.1956年,科学家发现θ和γ两种介子的自旋、质量、寿命、电荷等完全相同,多数人认为它们是同一种粒子,但θ衰变时产生两个π介子,γ衰变时产生3个,这又说明它们是不同种粒子

吴健雄用两套实验装置观测钴60的衰变,她在极低温(0.01K)下用强磁场把一套装置中的钴60原子核自旋方向转向左旋,把另一套装置中的钴60原子核自旋方向转向右旋,这两套装置中的钴60互为镜像。实验结果表明,这两套装置中的钴60放射出来的电子数有很大差异,而且电子放射的方向也不能互相对称。实验结果证实了弱相互作用中的宇称不守恒。

在微观世界里,基本粒子有三个基本的对称方式:一个是粒子和反粒子互相对称,即对于粒子和反粒子,定律是相同的,这被称为电荷(C)对称;一个是空间反射对称,即同一种粒子之间互为镜像,它们的运动规律是相同的,这叫宇称(P);一个是时间反演对称,即如果我们颠倒粒子的运动方向,粒子的运动是相同的,这被称为时间(T)对称。

这就是说,如果用反粒子代替粒子、把左换成右,以及颠倒时间的流向,那么变换后的物理过程仍遵循同样的物理定律。

但是,自从宇称守恒定律被李政道和杨振宁打破后,科学家很快又发现,粒子和反粒子的行为并不是完全一样的!一些科学家进而提出,可能正是由于物理定律存在轻微的不对称,使粒子的电荷(C)不对称,导致宇宙大爆炸之初生成的物质比反物质略多了一点点,大部分物质与反物质湮灭了,剩余的物质才形成了我们今天所认识的世界。如果物理定律严格对称,宇宙连同我们自身就都不会存在了——宇宙大爆炸之后应当诞生了数量相同的物质和反物质,但正反物质相遇后就会立即湮灭,那么,星系、地球乃至人类就都没有机会形成了。

接下来,科学家发现连时间本身也不再具有对称性了!

可能大多数人原本就认为时光是不可倒流的。日常生活中,时间之箭永远只有一个朝向,“逝者如斯”,老人不能变年轻,打碎的花瓶无法复原,过去与未来的界限泾渭分明。不过,在物理学家眼中,时间却一直被视为是可逆转的。比如说一对光子碰撞产生一个电子和一个正电子,而正负电子相遇则同样产生一对光子,这两个过程都符合基本物理学定律,在时间上是对称的。如果用摄像机拍下其中一个过程然后播放,观看者将不能判断录像带是在正向还是逆向播放——从这个意义上说,时间没有了方向。
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来自:龙啸刀吟  > 科学世界
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