第675章 粒子大厦终建成！标准模型惊天下！大道六十二！引力子遁其一！

   第675章 粒子大厦终建成！标准模型惊天下！大道六十二！引力子遁其一！

  盖尔曼提出的夸克模型，解释了纷繁复杂的强子类型。

  而越来越多的实验表明，质子等强子确实有更细的结构。

  于是，夸克理论逐渐被接受，成为共识。

  但是很快，物理学家们的信仰又开始发热了。

  比如，大佬格拉肖说：
  “大家看哈。”

  “轻子有四种，电子和电子中微子，μ子和μ子中微子。”

  “但是夸克却只有三种，也不对称啊！”（反夸克不算）
  “夸克应该有四种！”

  格拉肖甚至还直接将第四夸克命名为【粲夸克c】。

  这个粲对应的英文意思是对称。

  即它完全是来源于人类对于宇宙对称美感的追求。

  但光提出没用啊，我也可以说存在第18夸克：龙夸克。

  找到证据才行。

  就因为这种纯粹的信仰，不少物理学家开始了寻找第四夸克之路。

  1974年11月，美籍华裔物理学家丁肇中领导的研究团队正式宣布，他们在用质子撞击质子的实验中，发现了一种新的粒子，名为【J粒子】。

  与此同时，另一个研究团队利用正负电子对撞，也发现了同样的粒子，并命名为【Ψ粒子】。

  所以，这个粒子就被称为【J/Ψ粒子】。

  通过对J/Ψ粒子的研究发现，这个粒子的性质非常奇特，寿命跟理论预测的很不一样。

  （通过不确定性原理可以计算出粒子的寿命。）
  现有的三夸克模型无法解释这个寿命问题。

  于是乎，格拉肖提出的第四夸克发挥作用了。

  有了粲夸克后，四夸克模型就能很精确地解释J/Ψ粒子的寿命问题。

  而且粲夸克还能和另外三种夸克组成新的强子。

  物理学家从理论上就能对这些新强子的质量、量子数等作出预测。

  然后再通过粒子对撞机实验，寻找到这些新粒子。

  最后，反过来验证夸克模型的正确性。

  这就是粒子对撞机的重要作用。

  在当时那个年代，它绝对是整个物理学领域最重要的仪器。

  而对撞实验也堪称是物理学最后的盛宴！

  后来杨振宁为什么不建议华夏再建对撞机呢？

  就是因为他觉得该预测的粒子已经都被找到了，再撞也撞不出什么东西了。

  这才是那场惊天辩论的核心。

  再回来。

  丁肇中也因此获得了1976年的物理诺奖。

  他的发现直接导致了第四夸克的成型。

  这时候，以量子场论为核心的理论物理同样在飞速发展。

  那些理论大佬从理论上证明：夸克应该存在六种，即夸克有六种【味】。

  得！
  理论大佬一张嘴，实验大佬跑断腿。

  于是乎，粒子物理学又开始热闹了。

  无数实验物理学家开始寻找第五第六夸克的证据。

  方法也很简单，继续寻找新的粒子。

  如果发现一个粒子无法用现有的四夸克解释，那就说明存在第五夸克。

  1977年，美国物理学家莱德曼领导的研究小组，又发现了一种新粒子，命名为【Y粒子】。

  现有的四夸克理论又解释不了Y粒子的奇特现象了。

  于是，第五夸克顺理成章地出现了。

  它就是【底夸克b】。

  既然第五夸克是底夸克，那么第六夸克对称命名就是【顶夸克t】了。

  底夸克被发现以后，直到20多年后的1995年，顶夸克才被发现。

  至此，六种夸克全部找到：上、下、奇、粲、底、顶。

  这时，又发生一件有意思的事情。

  前面说，当时的理论大佬已经从理论上预言了六种夸克。

  当第五夸克底夸克被找到的时候，所有人都坚信第六夸克肯定存在。

  这时候，另一批研究轻子的物理学家又有想法了。

  “既然夸克有六种，那么轻子也应该有六种。”

  “现有的轻子只有四种，说明还存在两种。”

  由此可以看出，物理学家对于美和对称看的有多重。

  于是乎，有人开始寻找第五和第六轻子。

  按照规律来看，这应该是一对类似电子和电子中微子的粒子。

  1979年，美国物理学家马丁佩尔在正负电子对撞实验中，找到了一个新的粒子。

  他将其命名为【陶子】τ子，对应的中微子就是【陶子中微子】。

  至此，六种轻子也全部被找到了。

  此刻，粒子物理学终于展现出其震撼的一面。

  整个宇宙中所有的物质粒子，全部都是由夸克和轻子组成。

  物理学家按照粒子的重量，把夸克和轻子分成了三代：
  第一代夸克：上夸克、下夸克；第一代轻子：电子、电子中微子。

  第二代夸克：奇夸克、粲夸克；第二代轻子：μ子、μ子中微子。

  第三代夸克：底夸克、顶夸克；第三代轻子：τ子、τ子中微子。

  可以看出，我们的物质世界（指质子中子电子组成的原子世界），是由第一代基本粒子构成的。

  （奇粲底顶夸克虽然也组成强子物质，但极短时间就会衰变成上下夸克，不是物质世界主流。）
  第二代和第三代相比第一代，只有质量变得更大，没有其它任何差异。

  以电子质量为例，μ子是电子的约200倍，τ子是电子的约3000倍（非常重）。

  所以，物理学家们非常纳闷：
  “宇宙的底层物质代码，为什么要有三个版本？”

  “难道是造物主在创造的时候，不小心造成的bug？”

  总之，目前为止，没有人知道为什么。

  这里，还要补充一个知识。

  夸克的【味】就是指夸克的六种类型，所谓夸克有六种味。

  此外，夸克还有一种量子性质，名为【色】，简单理解就是类似电荷那样的性质。

  每种味的夸克都有三种不同的色。

  因此，夸克的种类一共就是6*3=18种。

  再加上对应的反夸克，夸克粒子一共有18*2=36种。

  而轻子有六种，加上反轻子，一共是6*2=12种。

  前面说过，费米子是组成物质的粒子，而玻色子是传递粒子之间相互作用的粒子。

  因此，我们的宇宙，费米子的种类一共是48种。

  这些费米子就像元素周期表中的不同元素一样，通过各种排列组合，形成了万物。

  而在众人如火如荼地寻找夸克和轻子的时候，关于玻色子的研究也在同时进行。

  传递电磁相互作用的玻色子是光子，这没什么说的。

  紧接着，格拉肖等人在研究电弱统一理论时，从理论上提出了W玻色子和Z玻色子。

  其中W玻色子又分为W+和W-两种玻色子。

  这三种玻色子是传递弱力的媒介粒子。      这里要提一个99%的人都不知道的小知识，学会了可以拿去装逼。

  以电磁力为例。

  当我们说两个带电粒子通过交换光子，从而完成了相互作用。

  请问这个“交换”是如何完成的呢？

  是不是A粒子朝着B粒子发射一个【真正的】光子，然后B粒子接收到，就表示完成了。

  错！
  A和B交换的并不是真正的光子，而是【虚光子】。

  前面已经说过虚粒子的性质。

  同样，格拉肖等人在提出W玻色子和Z玻色子的时候，这两种粒子也是【虚粒子】。

  即，仅仅是理论上以数学形式存在，实际并不存在。

  然而，神奇的是，在后面的实验中，却在真实的世界中找到了真正存在的W玻色子和Z玻色子。

  就如虚光子和实光子一样。

  是不是很神奇？

  那么要如何理解从虚到实的问题？

  我是这样理解的。

  任何一种粒子都是由场激发的。

  如果场在激发出一个粒子的时候，粒子存在的时间太短了，超出了检测范围，那么它就是虚粒子。

  而一旦有某种能量持续给这个虚粒子充能，它就来到了真实世界，成为了实粒子。

  如何充能呢？
  答案就是另外的场！

  即另一个场的动荡影响了原本的这个场。

  这就是W玻色子和Z玻色子最后变成实粒子的原因。

  （当然，理论上的过程极其复杂，无法通俗易懂地解释，以上只是我一家之言。）
  用玄幻小说的观点解释就是：

  “叶天帝以无敌拳光，搅动时光长河，接着，一把捞出只存在于虚幻中的那个人的背影。”

  物理学到了尽头，确实挺玄幻的。

  好了，这个知识可以拿去装逼了。

  W/Z玻色子发现之后，研究强力的大佬们又提出了【胶子】的概念。

  胶子是传递强力的粒子。（前面说了胶子与介子传递强力的区别哈）
  接着，物理学家通过理论和实验，一共找到了8种胶子。

  前面说过，因为杨-米尔斯方程中的质量问题。

  还存在一种特殊的粒子，为其余所有的粒子提供质量。

  它就是大名鼎鼎的【希格斯玻色子】。

  到此，所有的玻色子也全部被发现。

  分别是：光子（1）、胶子（8）、W玻色子（2）、Z玻色子（1）、希格斯玻色子（1）。共13种。

  注意的是，作为为其它粒子提供质量的希格斯玻色子，其本身是有质量的粒子。

  此外，光子没有质量、胶子没有质量、W和Z玻色子却有质量。

  所有的玻色子都是不可再分的基本粒子。

  至此，物理学家大舒一口气。

  “粒子物理的大厦终于建成了！”

  这座大厦的名字就叫【标准模型】。

  标准模型中包含了48种费米子和13种玻色子，一共61种【基本粒子】。

  它长这样：

  其中，紫色的六种粒子是六味夸克，下面绿色的六种粒子是六种轻子。

  它们都按照一二三代划分。

  右边红色一列依次是传递强力的胶子、传递电磁力的光子、传递弱力的W/Z粒子。

  最后那个黄色的特殊粒子就是希格斯玻色子。

  费米子都有各自的反粒子，没有体现在表格内。

  可以说，上面这张平平无奇的图表，代表了自物理学诞生以来的最巅峰成就！

  以后不管再发现任何新的粒子和现象，都可以用这种表解释。

  而且利用标准模型，可以预测很多的现象，最后都通过实验证实了。

  这就是它伟大的地方。

  但也有部分预测至今没有实现。

  比较著名的有“质子衰变”。

  绝大多数微观粒子都会发生衰变，但质子为何那么稳定呢？
  按照标准模型的预测，质子同样也会发生衰变，但至今也没有观察到过。

  因为按照物理学家的预测，质子的半衰期超过了惊人的1.6*10^34年。

  这个时间尺度，已经超越了宇宙本身存在的意义。

  所以，质子可以看成是永恒存在的！

  同样永恒的物质粒子，还有电子。

  总之，标准模型的诞生是物理学开天辟地的大事！

  它把宇宙中的一切物质和相互作用全都包括其中。

  “不对！不对！”

  忽然有大佬读者跳了出来，说道：

  “引力在哪呢？”

  “标准模型中怎么没有引力？”

  恭喜你，发现了物理学最大的未解之谜！

  “引力和其它三种力在标准模型的框架下不兼容！”

  支持标准模型的人认为，表中应该还缺少第62种基本粒子：引力子。

  有了它，标准模型就真正圆满了！

  后世只要是和引力子相关的突破，绝对都能引起物理学界的超级大地震。

  但可惜，目前为止，并没有发现任何引力子存在的证据，哪怕是间接证据也没有。

  所以，凡是在营销号上看到什么找到引力子的，都可以心中默念：S。

  不过，物理学家还是希望以量子场论的思想框架为核心，把引力纳入其中。

  因此出现了量子引力等理论。

  反对标准模型的人认为，引力就不可能被纳入标准模型之中，它需要更高层次的理论。

  于是，弦理论应运而生。

  该理论认为，根本没有什么基本粒子，所有的粒子，都是由一根根弦震动而成。

  弦的不同震动方式就诞生了不同类型的粒子。

  在这种框架下，引力子就可以和其它基本粒子统一了。

  但是，目前为止，该理论没有任何实质性的突破。

  因为完全无法从理论上验证。

  物理学家连夸克都无法真正【看到】，又怎么去观察比夸克更小的弦呢。

  此刻，李奇维看着众人，脑海里闪过波澜壮阔的标准模型发展史。

  他要走的路，是第二种，打破标准模型的框架！

  在更高的维度上，统一四大基本力和所有粒子，乃至一切时空！
  “道生一，一生二，二生三，三生万物！”

  “太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦，八卦定乾坤！”

  （靠！给我写的热血沸腾！）
  (本章完)