粒子物理的标准模型

1、18-10 粒子物理的标准模型 标准模型(standard model of particle physics)总结从20世纪60到90年代粒子物理方面的实验和理论成果，逐渐建立起来的粒子物理体系。 组成物质基本单元是三代费米子(包括轻子和夸克)，它们之间存在着四类基本相互作用(包括强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用)，传递基本相互作用的媒介粒子是规范玻色子(胶子、光子、中间玻色子和尚未发现的引力子)，以及描述电弱相互作用的电弱统一理论和描述强相互作用的量子色动力学。 1一、三代费米子 (three generations of fermions) 自旋皆1/2，电荷和色数如表

2、所示。轻子参与弱相互作用或电磁相互作用，不参与强相互作用。中微子静质量0，子和子的静质量分别是电子的206.7683倍和3477.7倍。 第三代第二代第一代 夸 克 轻 子粒 子2 引入“代”量子数，将轻子和夸克分为三代，每一代都包括电荷分别为2e/3和-e/3的两个夸克，一个带电轻子和一个中微子。每代费米子中，轻子的总电量为-e，夸克的为+e，每一代的总电量为零。 质子和中子分别由夸克uud和夸克udd组成，我们的物质世界是由第一代费米子构成的，第二代和第三代费米子构成的物质只在高能条件下出现。 轻子和夸克尚未发现内部结构，被认为是类点粒子，是组成物质的基本单元。3二、 基本相互作用 夸克强

3、子, 夸克, 带电轻子强子, 夸克, 轻子所有粒子参与作用的粒子1.41310-15 m 2.4610-18 m 力程1 10-2 10-9 10-39 相对强度色荷 电荷弱荷 质量 力源 胶子 光子中间玻色子(W+, W- , Z0 ) 引力子 媒介子强相互作用 电磁相互作用 弱相互作用 引力相互作用 力的种类 4 (1) 夸克间作用实际是色荷间相互作用，色相互作用才是基本的强相互作用； 夸克模型的成功对强相互作用加深了认识： (2) 色中性核子间的核力作用是基本强相互作用的一种剩余效应，像把电中性原子结合成分子的作用是电子与核间电磁相互作用的剩余效应一样； (3) 一切强子之间通过介子传递

4、的强相互作用都是色相互作用的剩余效应。5 电弱统一理论的成功激励人们继续研究和探索“大统一理论”，力图把电弱相互作用与强相互作用统一起来，并最终把引力相互作用也统一在其中。这是人们期待已久的事。 1967年温伯格和萨拉姆提出电磁相互作用与弱相互作用统一的规范理论，电磁相互作用和弱相互作用是同一种基本相互作用，即电弱相互作用的两种表现形式。得到一系列实验的证实。6三、 规范玻色子 (gauge bosons) 传递基本相互作用的媒介粒子统称规范玻色子。 1 318个 数000质 量2 111自 旋引力相互作用色相互作用传递的相互作用引力子g中间玻色子(W ,W -,Z 0 )光子 胶子G粒 子 电弱相互作用7 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 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。 分析表明，胶子只可能有8种色状态，所以在上表中标出的胶子的个数为8。 8 但由于对称性的破缺，只有一种媒介子(光子)保持了零质量，而其它三种获得了巨大的质量。致使对称性破缺的机制称为希格斯(Higgs)机制。 所以理论上确信，必定还存在一种被称为希格斯粒子的粒子。 传递