宇宙真粒子論 第三章

宇宙真粒子論   第三章


宇宙真粒子論   第三章


宇宙真粒子論   第三章


宇宙真粒子論   第三章


宇宙真粒子論   第三章


宇宙真粒子論   第三章

一、當代基本粒子的研究情況

瞭解當代基本粒子研究情況對理解宇宙真粒子論非常重要。當代基本粒子的研究和發現是之前物質粒子、原子研究的繼續。

1、 基本粒子

基本粒子,英語名稱為elementary particle。科學範疇的基本粒子指人們認知的構成物質的最小最基本的單位。但在夸克理論提出後,人們認識到基本粒子也有複雜的結構,故現在一般不提“基本粒子”這一說法。根據作用力的不同,粒子分為強子、輕子和傳播子[1]三大類

強子

強子就是是所有參與強力作用的粒子的總稱。它們由夸克組成,已發現的夸克有六種,它們是:頂夸克、上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克和底夸克。其中理論預言頂夸克的存在,2007年1月30日發現於美國費米實驗室。現有粒子中絕大部分是強子,質子、中子、π介子等都屬於強子。(另外還發現反物質,有著名的反夸克,現已被發現且正在研究其利用方法,由此我們推測,甚至可能存在反地球,反宇宙)

輕子

輕子就是隻參與弱力、電磁力和引力作用,而不參與強相互作用的粒子的總稱。輕子共有六種,包括電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子。電子、μ子和τ子是帶電的基本粒子。

所有的中微子都不帶電,且所有的中微子都存在反粒子;τ子是1975年發現的重要粒子,不參與強作用,屬於輕子,但是它的質量很重,是電子的3600倍,質子的1.8倍,因此又叫重輕子。

傳播子

傳播子也屬於基本粒子。傳遞強作用的膠子共有8種,1979年在三噴注現象中被間接發現,它們可以組成膠子球,由於色禁閉現象,至今無法直接觀測到。光子傳遞電磁相互作用,而傳遞弱作用的W+,W-和Z0,膠子則傳遞強相互作用。重矢量玻色子是1983年發現的,非常重,是質子的80一90倍。

基本粒子要比原子、分子小得多,現有最高倍的電子顯微鏡也不能觀察到。質子、中子的大小,只有原子的十萬分之一。而輕子和夸克的尺寸更小,還不到質子、中子的萬分之一。

二、基本粒子的發現與發展

最早哲學粒子的提出是笛卡爾。

1933年,狄拉克關於正電子存在的預言被證實,1936年保羅·狄拉克安德森因此獲得諾貝爾物理學獎。1955年塞格雷和錢伯林利用高能加速器發現了反質子,他們因此獲1959年物理獎。第二年又有人發現了反質子。1959年王淦昌等人發現了反西格瑪負超子。這些都為反物質的存在提供了證據。萊因斯等利用大型反應堆,經過3年的努力,終於在1956年直接探測到鈾裂變過程中所產生的反中微子。他因此獲1995年物理學獎。到1968年,人們才探測到了來自太陽的中微子。1947年鮑威爾利用自己發明的照相乳膠技術在宇宙線中找到了1934年湯川秀樹提出的介子場理論中預言的介子。湯川秀樹獲1949年物理獎,鮑威爾獲1950年物理獎。到50年代末,基本粒子的數目已達30種。這些粒子絕大多數是從宇宙射線中發現的。自1951年費米首次發現共振態粒子以來,至80年代已發現的共振態粒子達300多種。

所有的基本粒子都是共振態,共振態的發現其實已經揭開了基本粒子的秘密,即所有的基本粒子都是共振態.共振態分二類,一類是不穩定的,如強子類;另一類是穩定的,如電子.中子等.它門不容易發生自發衰變.不存在絕對穩定的基本粒子,如電子在一定的條件下也會堙滅(與正電子相遇時)。產生基本粒子的外因是物質波的交匯,交匯處形成波包.內因是交匯處發生了共振,客觀表現為共振態--即基本粒子的產生.

夸克模型與基本粒子

基本粒子如此之多,難道它們真的都是最基本、不可分的嗎?

近40年來大量實驗實事表明,至少強子是有內部結構的。1964年蓋爾曼提出了夸克模型,認為介子是由夸克和反夸克所組成,重子是由三個夸克組成。他因此獲1969年物理獎。1990年弗裡德曼、肯德爾和泰勒因在粒子物理學夸克模型發展中的先驅性工作而獲物理獎。1965年,費曼、施溫格、朝永振一郎因在量子電動力學重整化和計算方法的貢獻,對基本粒子物理學產生深遠影響而獲物理獎。溫伯格和薩拉姆等以夸克模型為基礎,完成了描述電磁相互作用和弱相互作用的弱電統一理論。他們因此而獲1979年物理獎。目前統一場論的發展正向著把強相互作用統一起來的大統一理論和把引力統一進來的超統一理論前進。並且這種有關小宇宙的理論與大宇宙研究的結合,正在推進著宇宙學的進展。(宇宙粒子論就是它的成果)

如今,人類為了把宇宙中的四大基本力統一起來,於是Gabriele Veneziano創造了弦論,弦論的一個基本觀點就是,自然界的基本單元不是電子、光子、中微子和夸克之類的粒子。這些看起來像粒子的東西實際上都是很小很小的弦的閉合圈(稱為閉合弦或閉弦),閉弦的不同振動和運動就產生出各種不同的基本粒子。它已經成為人類探尋宇宙奧秘的一個非常重要的理論。

基本粒子的概念也在隨著物理學的發展而不斷的變化著,人們的認識也在朝著揭示微觀世界的更深層次不斷地深入,閉弦是不是自然界的最小單元,在此還不能定論。



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