“解剖”標準模型

按：粗略解說標準模型拉氏量圖。霍金大爺說每增加一個方程趕走一半的讀者，本文裡的方程數目可能趕走24K 的讀者。

標準模型基本粒子“家族”

粒子物理學的標準模型[Standard Model]通常被形象化為一個類似元素週期表那樣的圖表，用來描述粒子的性質，如質量、電荷和自旋，如下圖，是其中的一部分。

夸克、輕子、規範玻色子

下面簡要介紹一下這個“龐大的”拉氏量所涵蓋的內容。

SM全圖

標準模型的這個版本是用拉格朗日量（Lagrangian，也簡稱拉氏量）形式寫出的。它是一種習慣的寫法，用來確定一個不斷變化的系統的狀態。從技術上講，標準模型可以用幾種不同的表示。拉格朗日表述是理論最簡單、最緊湊的表述方法之一（像嗎？）。

標準模型拉氏量

第一部分

標準模型中的這幾行是對膠子（gluon）來說的，膠子是攜帶強力的玻色子。膠子有八種類型，它們之間有相互作用，並攜帶紅綠藍三種色荷（color charge）。

第一部分

第二部分

這個“大”方程幾乎有一半用來解釋玻色子之間，尤其是W和Z玻色子之間，的相互作用。玻色子是攜帶力（或稱相互作用）的粒子，有四種玻色子通過三種基本力與其他粒子相互作用。光子攜帶電磁力（electromagnetic force），膠子攜帶強力（strong force），W和Z玻色子攜帶弱力（weak interaction/force）。希格斯玻色子有點不同，它的相互作用出現在方程的下一部分。

第二部分

第三部分

方程的這一部分描述了基本物質粒子如何與弱力相互作用。根據這個公式，物質粒子含有三“代”（generation），每一代都有不同的質量。

基本粒子的三代

弱力導致物質粒子的衰變。這部分還包括與希格斯場[Higgs field]的基本相互作用，一些基本粒子從中獲得質量（注意：這部分假設了中微子沒有質量）。

第三部分

第四部分

在量子力學中，一個粒子沒有單一的路徑或軌跡，這意味著有時這種數學公式會出現“冗餘”。為了清理這些冗餘，理論家們“發明”了他們稱為“鬼”（ghost）的虛粒子（virtual particles）。方程的這一部分描述了物質粒子如何與希格斯鬼相互作用。

第四部分

第五部分

拉氏量的最後一部分包含了更多的Faddeev-Popov鬼，它們抵消了通過弱力相互作用產生的冗餘。

第五部分