标准模型的拉格朗日量
: 拉格朗日量是动能 T 与势能 V 的差值,是求系统的运动方程。举个例子,给定个球的质量、高度、角度和力度,方程就能告诉你球的路径,持续多长时间,飞多久以及在何地落地。只要信息,物理就可以描述。但是,描述球本身?可以说是红色,是什么意思?描述颜色要考虑从反射光。可以说球由塑料制成,要描述分子,以及原子,接着是亚原子等等比亚原子更小的粒子。理论物理学家追求的是“万有理论”描述万物,目前为止,这样的理论无法涵盖引力。除了引力,标准模型描述宇宙万物,包括粒子,以及粒子通过另外三种力相互作用。标准模型中的粒子:夸克、轻子等粒子。标准模型不是由表格开始的。这个理论是由数学模型集合成的,描述物理学的定律,获得成功。现在展示的就是这个方程。以拉格朗日呈现,简单说,知道某个系统的拉格朗日量,基本上就知道所需的一切。标准模型方程美丽、简洁,呈现了许多对称性。一半的左右来解释玻色子的作用的,特别是玻色子W和Z玻色子。帮助粒子“交流”,称之为力。三种中有四种分别跟粒子发生作用。电子排斥时,交换光子,称为电磁力。光子没有质量,传播距离很长。除电磁力,还有其它玻色子,无质量的胶子,重W玻色子和Z玻色子。希格斯玻色子存在不同。
标准模型的拉格朗日量
1. 标准模型的简介
标准模型是现代粒子物理学中最基本的理论,它解释了微观宇宙中最基本的成分以及它们之间的相互作用。在标准模型理论中,物质由夸克和电子构成,这些粒子被称为基本粒子。标准模型理论将基本粒子分为两种类型,即费米子和玻色子。前者包括了夸克、电子和其他的轻子,而后者则包括了光子、W和Z玻色子以及胶子。它们之间的相互作用被描述为基于电磁、弱和强相互作用的规范场。
2. 标准模型的拉格朗日量
标准模型的拉格朗日量描述了基本粒子如何相互作用。它包括了两部分,其中一部分描述了基本粒子的运动,另一部分描述了它们之间相互作用的方式。标准模型的拉格朗日量可以写成以下形式:
L = L规范场 + L费米子场
其中L规范场描述了强互作用和电弱相互作用的规范场,而L费米子场描述了夸克、轻子和它们之间的相互作用。
3. 标准模型的规范场
标准模型的规范场包括了QCD规范场、电磁规范场和弱规范场。它们分别描述了强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用。其中,QCD规范场描述了夸克之间的强相互作用,它有8个规范玻色子,被称为胶子。电磁规范场描述了电磁相互作用,它只有一个规范玻色子,被称为光子。弱规范场描述了弱相互作用,它有3个规范玻色子,被称为W和Z玻色子。
4. 标准模型的费米子场
标准模型的费米子场包括了夸克、轻子和它们对应的反粒子场。夸克场由上夸克、下夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克和反夸克场组成。轻子场包括了电子、电子中微子、μ介子、τ介子以及它们对应的反粒子场。这些费米子场在标准模型的拉格朗日量中描述了它们之间的相互作用,如弱相互作用和电磁相互作用。
5. 标准模型的问题
尽管标准模型在描述微观世界中的基本粒子和相互作用方面取得了成功,但它仍然存在一些问题。其中一个问题是带电质子的尺寸比预期小很多,这被称为质子半径问题。另外,标准模型也没有说明暗物质的存在以及引力的本质,这些都是还待解决的问题。
6. 现代粒子物理学的发展
为了解决标准模型所遇到的问题,现代粒子物理学不断发展。一些新的实验设备被建造出来,如大型强子对撞机(LHC)和将要建设的国际直线对撞机(ILC)。同时,一些新的理论被提出,如超对称理论和弦理论,它们试图扩展标准模型,以便包含暗物质、引力和其他一些未知现象。
7. 总结
标准模型是现代粒子物理学中最基本的理论之一,它解释了微观世界中基本粒子的成分以及它们之间相互作用的方式。标准模型的拉格朗日量描述了基本粒子如何相互作用,包括了规范场和费米子场。尽管标准模型在描述微观世界中的基本粒子和相互作用方面取得了成功,但它仍然存在一些问题。现代粒子物理学不断发展,以尝试解决标准模型所遇到的问题。
粒子物理标准模型 基本粒子一共有几个
粒子物理标准模型 基本粒子一共有62个粒子物理学中,基本粒子(英语:elementary particle)是组成物质最基本的单位。目前在标准模型理论的架构下,已知的基本粒子可以分为费米子(包含夸克和轻子)以及玻色子(包含规范玻色子和希格斯粒子,也称传播子)。由两个或更多基本粒子所组成的则称作复合粒子(如中子、质子、和介子)。我们日常生活中的物质由原子所组成。过去原子被认为是基本粒子,原子这个词来自古希腊语中“不可切分的”。之后,原子核被发现是由质子和中子所构成。20世纪前、中期的基本粒子是指质子、中子、电子、光子和各种介子,这是当时人类所能探测的最小粒子。随著实验和量子场论的进展,发现质子、中子、介子是由更基本的夸克和胶子所组成。同时人类也陆续发现了性质和电子类似的一系列轻子,还有性质和光子、胶子类似的一系列规范玻色子。这些都是现代的物理学所理解的基本粒子。基本粒子(次原子粒子),分类如下:费米子基本费米子分为 2 类:夸克和轻子。夸克目前的实验显示共存在6种夸克,和他们各自的反粒子。这6种夸克又可分为3“代”。他们是第一代:u(上夸克) d(下夸克)第二代:s(奇异夸克) c(粲夸克)第三代:b(底夸克) t(顶夸克)它们的质量关系(见上图)。另外值得指出的是,他们之所以未能被早期的科学家发现,原因是夸克决不会单独存在(顶夸克例外,但是顶夸克太重了而衰变又太快,早期的实验无法制造)。他们总是成对地构成介子(见下图),或者3个一起构成质子和中子这一类的重子(见下图)。这种现象称为夸克禁闭理论。这就是为什么早期科学家误以为介子和重子是基本粒子。轻子共存在6种轻子和他们各自的反粒子。其中3种是电子和与它性质相似的重电子。而这三种各有一个相伴的中微子。他们也可以分为三代:第一代:(电子) (电中微子)第二代:(μ子)(μ中微子)第三代:(涛子) (τ中微子)请点击输入图片描述玻色子玻色子是依随玻色-爱因斯坦统计,自旋为整数的粒子。规范玻色子这是一类在粒子之间起媒介作用、传递相互作用的粒子。之所以它们称为“规范玻色子”,是因为它们与基本粒子的理论杨-米尔斯规范场理论有很密切的关系。自然界一共存在四种相互作用,因此也可以把规范玻色子分成四类。引力相互作用:引力子(尚惟理论性)电磁相互作用:光子弱相互作用(使粒子衰变的相互作用):W及Z玻色子,共有3种:W+,W-,Z0强相互作用(夸克之间的相互作用):胶子粒子物理学已经证明电磁相互作用和弱相互作用来源于宇宙早期能量极高时的同一种相互作用,称为“弱电相互作用”。有很多粒子物理学家猜想在更早期宇宙更高能量(普朗克尺度)时很可能这四种相互作用全都是统一的,这种理论称为"万有理论"。但是目前因为加速器能够达到的能量相对普朗克尺度仍然非常的低,所以很难验证。而大统一理论目前主要的发展方向是超弦理论。 普朗克尺度粒子胶子胶子是强相互作用的媒介子,带有色与反色并由于色紧闭而从未被探测器观察到过。不过,像单个的夸克一样,它们产生强子喷注。在高能态环境下电子与正电子的对灭有时产生三个喷注:一个夸克,一个反夸克和一个胶子是最先证明胶子存在的证据。希格斯玻色子希格斯玻色子是一种具有质量的玻色子,没有自旋,不带电荷,非常不稳定,在生成后会立刻衰变。在标准模型预言的61种基本粒子中,希格斯玻色子是最后一种被实验证实的粒子。 图中+-号代表不可分割的最小正负电磁信息单位-量子比特(qubit)(名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源图于比特 It from bit量子信息研究兴盛后,此概念升华为,万物源于量子比特)注:位元即比特
粒子物理标准模型中有多少个粒子?
粒子物理标准模型 基本粒子一共有62个粒子物理学中,基本粒子(英语:elementary particle)是组成物质最基本的单位。目前在标准模型理论的架构下,已知的基本粒子可以分为费米子(包含夸克和轻子)以及玻色子(包含规范玻色子和希格斯粒子,也称传播子)。由两个或更多基本粒子所组成的则称作复合粒子(如中子、质子、和介子)。我们日常生活中的物质由原子所组成。过去原子被认为是基本粒子,原子这个词来自古希腊语中“不可切分的”。之后,原子核被发现是由质子和中子所构成。20世纪前、中期的基本粒子是指质子、中子、电子、光子和各种介子,这是当时人类所能探测的最小粒子。随著实验和量子场论的进展,发现质子、中子、介子是由更基本的夸克和胶子所组成。同时人类也陆续发现了性质和电子类似的一系列轻子,还有性质和光子、胶子类似的一系列规范玻色子。这些都是现代的物理学所理解的基本粒子。基本粒子(次原子粒子),分类如下:费米子基本费米子分为 2 类:夸克和轻子。夸克目前的实验显示共存在6种夸克,和他们各自的反粒子。这6种夸克又可分为3“代”。他们是第一代:u(上夸克) d(下夸克)第二代:s(奇异夸克) c(粲夸克)第三代:b(底夸克) t(顶夸克)它们的质量关系(见上图)。另外值得指出的是,他们之所以未能被早期的科学家发现,原因是夸克决不会单独存在(顶夸克例外,但是顶夸克太重了而衰变又太快,早期的实验无法制造)。他们总是成对地构成介子(见下图),或者3个一起构成质子和中子这一类的重子(见下图)。这种现象称为夸克禁闭理论。这就是为什么早期科学家误以为介子和重子是基本粒子。轻子共存在6种轻子和他们各自的反粒子。其中3种是电子和与它性质相似的重电子。而这三种各有一个相伴的中微子。他们也可以分为三代:第一代:(电子) (电中微子)第二代:(μ子)(μ中微子)第三代:(涛子) (τ中微子)请点击输入图片描述玻色子玻色子是依随玻色-爱因斯坦统计,自旋为整数的粒子。规范玻色子这是一类在粒子之间起媒介作用、传递相互作用的粒子。之所以它们称为“规范玻色子”,是因为它们与基本粒子的理论杨-米尔斯规范场理论有很密切的关系。自然界一共存在四种相互作用,因此也可以把规范玻色子分成四类。引力相互作用:引力子(尚惟理论性)电磁相互作用:光子弱相互作用(使粒子衰变的相互作用):W及Z玻色子,共有3种:W+,W-,Z0强相互作用(夸克之间的相互作用):胶子粒子物理学已经证明电磁相互作用和弱相互作用来源于宇宙早期能量极高时的同一种相互作用,称为“弱电相互作用”。有很多粒子物理学家猜想在更早期宇宙更高能量(普朗克尺度)时很可能这四种相互作用全都是统一的,这种理论称为"万有理论"。但是目前因为加速器能够达到的能量相对普朗克尺度仍然非常的低,所以很难验证。而大统一理论目前主要的发展方向是超弦理论。 普朗克尺度粒子胶子胶子是强相互作用的媒介子,带有色与反色并由于色紧闭而从未被探测器观察到过。不过,像单个的夸克一样,它们产生强子喷注。在高能态环境下电子与正电子的对灭有时产生三个喷注:一个夸克,一个反夸克和一个胶子是最先证明胶子存在的证据。希格斯玻色子希格斯玻色子是一种具有质量的玻色子,没有自旋,不带电荷,非常不稳定,在生成后会立刻衰变。在标准模型预言的61种基本粒子中,希格斯玻色子是最后一种被实验证实的粒子。 图中+-号代表不可分割的最小正负电磁信息单位-量子比特(qubit)(名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源图于比特 It from bit量子信息研究兴盛后,此概念升华为,万物源于量子比特)注:位元即比特