粒子物理標準模型

我們都知道，20世紀由兩大物理學理論誕生，一個是相對論，一個是量子力學。相對論在大尺度上（也就是速度快，引力大的尺度）解決了很多牛頓力學解決不了的物理學現象。而量子力學則是在小尺度上（小于納米級的尺度）解決了很多牛頓力學解釋不了的物理學現象。

后來，科學家利用“粒子加速器”去探究小尺度上的問題，尤其是原子內部，原子核內部，甚至是質子內部的物理學現象。

在一次次對撞中，科學家發現了100多種粒子。這就讓他們十分頭疼了，這些新粒子到底是咋回事？這有點類似于當初很多科學家發現了很多新元素，但是這些新元素之間啥關系，遵循什么規律，沒有人搞得清楚。直到門捷列夫提出了元素周期律。這就好比一個無機化學的指導手冊一樣，指導著化學家們深入到元素的世界里。

而發現這么多粒子之后，科學家也想著是不能是弄出一個類似于門捷列夫的周期律一樣的科學理論。這不，還這讓他們給找到了，他們把狹義相對論和量子力學進行結合，得出了量子場論，提出了粒子物理標準模型。

在這套理論當中，科學家們統一了四大作用中的三大作用，分別是電磁相互作用，弱相互作用和強相互作用。

還統一了粒子世界，把粒子分為了費米子和玻色子。

其中玻色子其實就是用來傳遞相互作用的。膠子和介子就是用來傳遞強相互作用，W玻色子和Z玻色子就是用來傳遞弱相互作用，光子則是用來傳遞電磁相互作用。還有一種玻色子叫做希格斯玻色子就是用來賦予粒子質量的。

那費米子又是做什么的呢？

如果說玻色子是物質的粘合劑，那費米子是構成物質的最小單位，我們還來看粒子物理標準模型。

費米子中又分為輕子和夸克，其中輕子有電子，μ子，τ子及其他們的中微子，夸克有六種：上、下、頂、底、奇、粲。

發現夸克

目前來看，它們是構成物質的最小單位。你可能要問為什么了？

說白了，就是我們用加速器根本撞不開。

就拿夸克來說吧，如果你用粒子加速器就撞質子，結果呢，你會發現有個三不同的折射角，這其實意味著這當中有三個比質子更小的粒子存在。他們管這些粒子叫做夸克。但是，無論我們用什么辦法去撞質子，都沒有辦法找到這些自由狀態下的更小的粒子。

這種嘗試讓科學家明白一個道理，肯定有什么機制確保了質子不會被撞開，也就是說，夸克其實好像是被關在了這當中，于是，這也被我們稱為了夸克禁閉。

其實從字面上的意思來看，我們也能大致明白具體的意思，就是說夸克被關在一個地方出不來。那沒有什么可以解釋的呢？答案是還真有。那就是楊振寧和米爾斯的楊米爾斯理論。

這個理論告訴我們，傳遞強力的膠子，也就是束縛夸克的膠子。這種機制和引力是相反的。我們都知道，引力和距離的平方成反比，說白了就是距離越遠，引力越小。

但是強力的機制正好反過來，也就是說，距離越近力越小，距離越遠力越大。所以，夸克其實是自由自在地在圈子里面玩耍，只要踏出一定的范圍，就會被強力束縛住，跑不出去。而利用楊米爾斯理論去解決強力機制以及“夸克禁閉”的科學家，一共有5位，我們都知道，諾獎一般只頒給三位，但由于這個發現實在太重要，于是，分兩次頒給了這5位。

當然，也有科學家認為，這并不能完全解決“夸克禁閉”的問題，不過這都是學術圈的爭端，就讓學術圈自己去爭好了。

夸克模型

知道了“夸克禁閉”，其實也就好理解了，以目前的科學技術以及認知來說，6種夸克、電子、μ子、τ子、以及3種微子，極其他們的反粒子，就是構成物質的最小組成單位。其中夸克所帶的電荷數是基本電荷的-1/3倍或+2/3倍。

其中，我們熟悉的質子和中子是有三個夸克構成的，不過種類稍微有點不同，這才導致了質子的質量要小于中子。

由于質能等價的存在，中子的質量要大于質子和電子，也就說明中子的能量要大于質子和電子。這也就是解釋了，在自然狀態下，質子和電子不會反應生成中子，這是因為能量最低原理導致的，意思是除非有外力，能量只能從高往低。一個自由的中子，大概在15分鐘左右，就會衰變成質子和電子。

以上這些就是關于微觀粒子，尤其是夸克相關的一些內容。

標簽：夸克微觀粒子之類