强力与弱力

书籍介绍

看过不少解释,强力与弱力 这本书讲的是最好的,比较生动也好理解。

四种基本相互作用力

  • **强力(强核力、强相互作用力) **:原子中质子带正电,中子不带电。原子核的质子之所以不会同性相斥就是互相之间的强力在其效果
  • **弱力 **: 与原子核裂变、聚变相关,期间产生放射性射线。
  • **电磁力 **: 带电粒子之间的力,同性相斥,异性相吸。可以让原子聚拢成分子,分子聚拢成物质。
  • **引力 **: 任何两个有质量的物体之间都存在相互吸引的引力

力的相互作用方式

基本粒子之间通过把某这例子扔来扔去来形成相互作用力。

  • 电磁力:两个电子之间把光子扔来扔去
  • 强力:粒子之间把胶子扔来扔去,产生强力把夸克黏在一起
  • 弱力:把 W、Z 玻色子扔来扔去,产生弱力
  • 引力:引力子(尚未被发现)

规范场

各种力由各种场发生作用如引力场、电磁场。规范场理论,只要设定各种参数,就可以描述具体的力的性质。杨振宁贡献提出杨米尔斯理论提出了描述弱力的场。规范场有个问题就是没法解释基本粒子为啥有质量。以前科学家已经验证光子质量为 0,按照场论,其实弱力中的玻色子也应该质量为 0,然后实际上不是。因此科学家认为存在另外一个场和已经存在的场发生作用,从而形成质量,这个场即希格斯场

质量

质量都集中在原子核中,原子核的质子、中子构成了主要的质量。质子、中子则有夸克构成。因为科学家发现夸克质量加起来远远小于中子和质子质量,实际上是因为夸克间强相互作用力占据了主要的质量(99%)。强力的能量可以换算成对应的质量,所以有 E=mc^2。基本粒子应该都是质量为 0 的例子,因此剩余的 1%质量

希格斯场(万事万物质量的来源)

希格斯场针对不同的例子会有不同的相互作用效果,从而产生质量。希格斯场对各种粒子的影响效果不同。我们可以把希格斯场理解成“广场上的粉丝”。例如光子就是小透明,希格斯场不关注他,因此没相互作用。而弱力中的粒子就像明星粒子,会和希格斯场发生相互作用,从而产生质量。“名气越大”的粒子和希格斯场作用力越强,产生质量也就越多。

对称性自发破缺

这个理论主要解释为啥希格斯场对各种例子的相互作用强度不同。希格斯场对称性自发破缺的行为可以理解为:把原来广场上的粉丝理解成蒙着眼睛的(这时候对所有粒子都是一视同仁),然后后续随机选择一个朝向,睁开眼睛。这早就了对于不同粒子有了不同的对待。

希格斯玻色子(上帝粒子)

希格斯玻色子(1964 年提出,2012 年被探测到)发现(通过大型强子对撞机)的意义重大主要是证明了标准模型的正确。希格斯玻色子是希格斯场在变化过程中产生的粒子。希格斯玻色子衰变非常快,一出现就变成别的粒子。之所以叫上帝粒子是因为发现太麻烦,有个科学家原本说的是 god damn 粒子。

粒子标准模型

以前的模型都各管各的。例如引力是相对论、电磁力是麦克斯韦电磁理论。强力、弱力也有各自的。引力尚还不能完全纳入标准例子模型。超弦理论、M 理论都是希望把引力和其他三种力统一起来的理论。谁能把引力和其他三种力统一起来,那应该是下一个爱因斯坦了。