第675章 粒子大廈終建成！標準模型驚天下！

  第675章 粒子大廈終建成！標準模型驚天下！大道六十二！引力子遁其一！

  蓋爾曼提出的夸克模型，解釋了紛繁複雜的強子類型。

  而越來越多的實驗表明，質子等強子確實有更細的結構。

  於是，夸克理論逐漸被接受，成為共識。

  但是很快，物理學家們的信仰又開始發熱了。

  比如，大佬格拉肖說：

  「大家看哈。」

  「輕子有四種，電子和電子中微子，μ子和μ子中微子。」

  「但是夸克卻只有三種，也不對稱啊！」（反夸克不算）

  「夸克應該有四種！」

  

  格拉肖甚至還直接將第四夸克命名為【粲夸克c】。

  這個粲對應的英文意思是對稱。

  即它完全是來源於人類對於宇宙對稱美感的追求。

  但光提出沒用啊，我也可以說存在第18夸克：龍夸克。

  找到證據才行。

  就因為這種純粹的信仰，不少物理學家開始了尋找第四夸克之路。

  1974年11月，美籍華裔物理學家丁肇中領導的研究團隊正式宣布，他們在用質子撞擊質子的實驗中，發現了一種新的粒子，名為【J粒子】。

  與此同時，另一個研究團隊利用正負電子對撞，也發現了同樣的粒子，並命名為【Ψ粒子】。

  所以，這個粒子就被稱為【J/Ψ粒子】。

  通過對J/Ψ粒子的研究發現，這個粒子的性質非常奇特，壽命跟理論預測的很不一樣。

  （通過不確定性原理可以計算出粒子的壽命。）

  現有的三夸克模型無法解釋這個壽命問題。

  於是乎，格拉肖提出的第四夸克發揮作用了。

  有了粲夸克後，四夸克模型就能很精確地解釋J/Ψ粒子的壽命問題。

  而且粲夸克還能和另外三種夸克組成新的強子。

  物理學家從理論上就能對這些新強子的質量、量子數等作出預測。

  然後再通過粒子對撞機實驗，尋找到這些新粒子。

  最後，反過來驗證夸克模型的正確性。

  這就是粒子對撞機的重要作用。

  在當時那個年代，它絕對是整個物理學領域最重要的儀器。

  而對撞實驗也堪稱是物理學最後的盛宴！

  後來楊振寧為什麼不建議華夏再建對撞機呢？

  就是因為他覺得該預測的粒子已經都被找到了，再撞也撞不出什麼東西了。

  這才是那場驚天辯論的核心。

  再回來。

  丁肇中也因此獲得了1976年的物理諾獎。

  他的發現直接導致了第四夸克的成型。

  這時候，以量子場論為核心的理論物理同樣在飛速發展。

  那些理論大佬從理論上證明：夸克應該存在六種，即夸克有六種【味】。

  得！

  理論大佬一張嘴，實驗大佬跑斷腿。

  於是乎，粒子物理學又開始熱鬧了。

  無數實驗物理學家開始尋找第五第六夸克的證據。

  方法也很簡單，繼續尋找新的粒子。

  如果發現一個粒子無法用現有的四夸克解釋，那就說明存在第五夸克。

  1977年，美國物理學家萊德曼領導的研究小組，又發現了一種新粒子，命名為【Y粒子】。

  現有的四夸克理論又解釋不了Y粒子的奇特現象了。

  於是，第五夸克順理成章地出現了。

  它就是【底夸克b】。

  既然第五夸克是底夸克，那麼第六夸克對稱命名就是【頂夸克t】了。

  底夸克被發現以後，直到20多年後的1995年，頂夸克才被發現。

  至此，六種夸克全部找到：上、下、奇、粲、底、頂。

  這時，又發生一件有意思的事情。

  前面說，當時的理論大佬已經從理論上預言了六種夸克。

  當第五夸克底夸克被找到的時候，所有人都堅信第六夸克肯定存在。

  這時候，另一批研究輕子的物理學家又有想法了。

  「既然夸克有六種，那麼輕子也應該有六種。」

  「現有的輕子只有四種，說明還存在兩種。」

  由此可以看出，物理學家對於美和對稱看的有多重。

  於是乎，有人開始尋找第五和第六輕子。

  按照規律來看，這應該是一對類似電子和電子中微子的粒子。

  1979年，美國物理學家馬丁佩爾在正負電子對撞實驗中，找到了一個新的粒子。

  他將其命名為【陶子】τ子，對應的中微子就是【陶子中微子】。

  至此，六種輕子也全部被找到了。

  此刻，粒子物理學終於展現出其震撼的一面。

  整個宇宙中所有的物質粒子，全部都是由夸克和輕子組成。

  物理學家按照粒子的重量，把夸克和輕子分成了三代：

  第一代夸克：上夸克、下夸克；第一代輕子：電子、電子中微子。

  第二代夸克：奇夸克、粲夸克；第二代輕子：μ子、μ子中微子。

  第三代夸克：底夸克、頂夸克；第三代輕子：τ子、τ子中微子。

  可以看出，我們的物質世界（指質子中子電子組成的原子世界），是由第一代基本粒子構成的。

  （奇粲底頂夸克雖然也組成強子物質，但極短時間就會衰變成上下夸克，不是物質世界主流。）

  第二代和第三代相比第一代，只有質量變得更大，沒有其它任何差異。

  以電子質量為例，μ子是電子的約200倍，τ子是電子的約3000倍（非常重）。

  所以，物理學家們非常納悶：

  「宇宙的底層物質代碼，為什麼要有三個版本？」

  「難道是造物主在創造的時候，不小心造成的bug？」

  總之，目前為止，沒有人知道為什麼。

  這裡，還要補充一個知識。

  夸克的【味】就是指夸克的六種類型，所謂夸克有六種味。

  此外，夸克還有一種量子性質，名為【色】，簡單理解就是類似電荷那樣的性質。

  每種味的夸克都有三種不同的色。

  因此，夸克的種類一共就是6*3=18種。

  再加上對應的反夸克，夸克粒子一共有18*2=36種。

  而輕子有六種，加上反輕子，一共是6*2=12種。

  前面說過，費米子是組成物質的粒子，而玻色子是傳遞粒子之間相互作用的粒子。

  因此，我們的宇宙，費米子的種類一共是48種。

  這些費米子就像元素周期表中的不同元素一樣，通過各種排列組合，形成了萬物。

  而在眾人如火如荼地尋找夸克和輕子的時候，關於玻色子的研究也在同時進行。

  傳遞電磁相互作用的玻色子是光子，這沒什麼說的。

  緊接著，格拉肖等人在研究電弱統一理論時，從理論上提出了W玻色子和Z玻色子。

  其中W玻色子又分為W+和W-兩種玻色子。

  這三種玻色子是傳遞弱力的媒介粒子。

  這裡要提一個99%的人都不知道的小知識，學會了可以拿去裝逼。

  以電磁力為例。

  當我們說兩個帶電粒子通過交換光子，從而完成了相互作用。

  請問這個「交換」是如何完成的呢？

  是不是A粒子朝著B粒子發射一個【真正的】光子，然後B粒子接收到，就表示完成了。

  錯！

  A和B交換的並不是真正的光子，而是【虛光子】。

  前面已經說過虛粒子的性質。

  同樣，格拉肖等人在提出W玻色子和Z玻色子的時候，這兩種粒子也是【虛粒子】。

  即，僅僅是理論上以數學形式存在，實際並不存在。

  然而，神奇的是，在後面的實驗中，卻在真實的世界中找到了真正存在的W玻色子和Z玻色子。

  就如虛光子和實光子一樣。

  是不是很神奇？

  那麼要如何理解從虛到實的問題？

  我是這樣理解的。

  任何一種粒子都是由場激發的。

  如果場在激發出一個粒子的時候，粒子存在的時間太短了，超出了檢測範圍，那麼它就是虛粒子。

  而一旦有某種能量持續給這個虛粒子充能，它就來到了真實世界，成為了實粒子。

  如何充能呢？

  答案就是另外的場！

  即另一個場的動盪影響了原本的這個場。

  這就是W玻色子和Z玻色子最後變成實粒子的原因。

  （當然，理論上的過程極其複雜，無法通俗易懂地解釋，以上只是我一家之言。）

  用玄幻小說的觀點解釋就是：

  「葉天帝以無敵拳光，攪動時光長河，接著，一把撈出只存在於虛幻中的那個人的背影。」

  物理學到了盡頭，確實挺玄幻的。

  好了，這個知識可以拿去裝逼了。

  W/Z玻色子發現之後，研究強力的大佬們又提出了【膠子】的概念。

  膠子是傳遞強力的粒子。（前面說了膠子與介子傳遞強力的區別哈）

  接著，物理學家通過理論和實驗，一共找到了8種膠子。

  前面說過，因為楊-米爾斯方程中的質量問題。

  還存在一種特殊的粒子，為其餘所有的粒子提供質量。

  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發現。

  分別是：光子（1）、膠子（8）、W玻色子（2）、Z玻色子（1）、希格斯玻色子（1）。共13種。

  注意的是，作為為其它粒子提供質量的希格斯玻色子，其本身是有質量的粒子。

  此外，光子沒有質量、膠子沒有質量、W和Z玻色子卻有質量。

  所有的玻色子都是不可再分的基本粒子。

  至此，物理學家大舒一口氣。

  「粒子物理的大廈終於建成了！」

  這座大廈的名字就叫【標準模型】。

  標準模型中包含了48種費米子和13種玻色子，一共61種【基本粒子】。

  它長這樣：

  其中，紫色的六種粒子是六味夸克，下面綠色的六種粒子是六種輕子。

  它們都按照一二三代劃分。

  右邊紅色一列依次是傳遞強力的膠子、傳遞電磁力的光子、傳遞弱力的W/Z粒子。

  最後那個黃色的特殊粒子就是希格斯玻色子。

  費米子都有各自的反粒子，沒有體現在表格內。

  可以說，上面這張平平無奇的圖表，代表了自物理學誕生以來的最巔峰成就！

  以後不管再發現任何新的粒子和現象，都可以用這種表解釋。

  而且利用標準模型，可以預測很多的現象，最後都通過實驗證實了。

  這就是它偉大的地方。

  但也有部分預測至今沒有實現。

  比較著名的有「質子衰變」。

  絕大多數微觀粒子都會發生衰變，但質子為何那麼穩定呢？

  按照標準模型的預測，質子同樣也會發生衰變，但至今也沒有觀察到過。

  因為按照物理學家的預測，質子的半衰期超過了驚人的6*10^34年。

  這個時間尺度，已經超越了宇宙本身存在的意義。

  所以，質子可以看成是永恆存在的！

  同樣永恆的物質粒子，還有電子。

  總之，標準模型的誕生是物理學開天闢地的大事！

  它把宇宙中的一切物質和相互作用全都包括其中。

  「不對！不對！」

  忽然有大佬讀者跳了出來，說道：

  「引力在哪呢？」

  「標準模型中怎麼沒有引力？」

  恭喜你，發現了物理學最大的未解之謎！

  「引力和其它三種力在標準模型的框架下不兼容！」

  支持標準模型的人認為，表中應該還缺少第62種基本粒子：引力子。

  有了它，標準模型就真正圓滿了！

  後世只要是和引力子相關的突破，絕對都能引起物理學界的超級大地震。

  但可惜，目前為止，並沒有發現任何引力子存在的證據，哪怕是間接證據也沒有。

  所以，凡是在營銷號上看到什麼找到引力子的，都可以心中默念：S。

  不過，物理學家還是希望以量子場論的思想框架為核心，把引力納入其中。

  因此出現了量子引力等理論。

  反對標準模型的人認為，引力就不可能被納入標準模型之中，它需要更高層次的理論。

  於是，弦理論應運而生。

  該理論認為，根本沒有什麼基本粒子，所有的粒子，都是由一根根弦震動而成。

  弦的不同震動方式就誕生了不同類型的粒子。

  在這種框架下，引力子就可以和其它基本粒子統一了。

  但是，目前為止，該理論沒有任何實質性的突破。

  因為完全無法從理論上驗證。

  物理學家連夸克都無法真正【看到】，又怎麼去觀察比夸克更小的弦呢。

  此刻，李奇維看著眾人，腦海里閃過波瀾壯闊的標準模型發展史。

  他要走的路，是第二種，打破標準模型的框架！

  在更高的維度上，統一四大基本力和所有粒子，乃至一切時空！

  「道生一，一生二，二生三，三生萬物！」

  「太極生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦，八卦定乾坤！」

  （靠！給我寫的熱血沸騰！）

  （還有更新耶）