18-10粒子物理的标准模型.ppt

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1、18-10 粒子物理的标准模型粒子物理的标准模型 标准模型标准模型(standard model of particle physics)总结从总结从20世纪世纪60到到90年代粒子物理方面年代粒子物理方面的实验和理论成果，逐渐建立起来的的实验和理论成果，逐渐建立起来的粒子物理粒子物理体系体系。组成物质基本单元是组成物质基本单元是三代费米子三代费米子(包括轻子和夸克包括轻子和夸克)，它们之间存在着它们之间存在着四类基本相互作用四类基本相互作用(包括强相互作用、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弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用)，传递基，传递基本相互作用的媒介粒子是本相

2、互作用的媒介粒子是规范玻色子规范玻色子(胶子、光子、中胶子、光子、中间玻色子和尚未发现的引力子间玻色子和尚未发现的引力子)，以及描述电弱相互作，以及描述电弱相互作用的用的电弱统一理论电弱统一理论和描述强相互作用的和描述强相互作用的量子色动力学。量子色动力学。1一一、三三 代代 费费 米米 子子 (three generations of fermions)自旋皆自旋皆1/2，电荷和色数如表所示。轻子参与弱相互作用，电荷和色数如表所示。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，子和子和 子的静质量分别是电子的子的静质量分别是

3、电子的206.7683倍和倍和3477.7倍。倍。第三代第三代第二代第二代第一代第一代 夸夸 克克 轻轻 子子粒粒 子子2 引引入入“代代”量量子子数数，将将轻轻子子和和夸夸克克分分为为三三代代，每每一一代代都都包包括括电电荷荷分分别别为为2e/3和和-e/3的的两两个个夸夸克克，一一个个带带电电轻轻子子和和一一个个中中微微子子。每每代代费费米米子子中中，轻轻子子的总电量为的总电量为-e，夸克的为夸克的为+e，每一代的总电量为零。每一代的总电量为零。质子和中子分别由夸克质子和中子分别由夸克uud和夸克和夸克udd组成，组成，我我们的物质世界是由第一代费米子构成的们的物质世界是由第一代费米子构成

4、的，第二代和，第二代和第三代费米子构成的物质只在第三代费米子构成的物质只在高能条件高能条件下出现。下出现。轻子和夸克尚未发现内部结构，被认为是轻子和夸克尚未发现内部结构，被认为是类点类点粒子粒子，是组成物质的基本单元。，是组成物质的基本单元。3二、二、基本相互作用基本相互作用 夸克夸克强子强子,夸克夸克,带电轻子带电轻子强强子子,夸夸克克,轻子轻子所有粒子所有粒子参与作用参与作用的粒子的粒子1.413 10-15 m 2.46 10-18 m 力程力程1 10-2 10-9 10-39 相对强度相对强度色荷色荷 电荷电荷弱荷弱荷 质量质量 力源力源 胶子胶子 光子光子中中间间玻玻色色子子(W+

5、,W-,Z0)引力子引力子 媒介子媒介子强相互作强相互作用用 电磁相互电磁相互作用作用 弱相互作弱相互作用用 引力相互引力相互作用作用 力的种类力的种类 4 (1)夸夸克克间间作作用用实实际际是是色色荷荷间间相相互互作作用用，色色相相互作用互作用才是基本的强相互作用；才是基本的强相互作用；夸克模型的成功对夸克模型的成功对强相互作用强相互作用加深了认识：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色中性核子间的核力作用是基本强相互作用的一种的一种剩余效应剩余效应，像把电中性原子结合成分子的作，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；用是电子与核间电磁相互

6、作用的剩余效应一样；(3)一切强子之间通过介子传递的强相互作用一切强子之间通过介子传递的强相互作用都是都是色相互作用的剩余效应色相互作用的剩余效应。5 电弱统一理论电弱统一理论的成功激励人们继续研究和探索的成功激励人们继续研究和探索“大统一理论大统一理论”，力图把电弱相互作用与强相互，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。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，相互作用统一的规范理论，电磁相互作用和弱相电

7、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。的两种表现形式。得到一系列实验的证实。得到一系列实验的证实。6三、三、规范玻色子规范玻色子(gauge bosons)传递基本相互作用的媒介粒子统称规范玻色子。传递基本相互作用的媒介粒子统称规范玻色子。1 318个个 数数000质质 量量2 111自自 旋旋引力相互引力相互作用作用色相互色相互作用作用传递的相传递的相互作用互作用引力子引力子g中间玻色子中间玻色子(W ,W-,Z 0)光子光子 胶子胶子G粒粒 子子 电弱相互作用电弱相互作用7 胶胶子子是是传传递递夸夸克克之之间间色

8、色相相互互作作用用的的媒媒介介粒粒子子，是是“色色场场”的的量量子子。两两个个不不同同色色状状态态的的夸夸克克通通过过胶子紧密地结合在一起，所以胶子必定是胶子紧密地结合在一起，所以胶子必定是双色的双色的。光光子子 和和中中间间玻玻色色子子(W、W-及及Z0)分分别别是是电电磁磁相相互互作作用用和和弱弱相相互互作作用用的的媒媒介介子子，在在电电弱弱统统一一理理论论中中，这这四四种种粒粒子子都都是是电电弱弱作作用用的的场场量量子子，它它们们都是零质量的粒子。都是零质量的粒子。分析表明，分析表明，胶子只可能有胶子只可能有8种色状态，种色状态，所以在所以在上表中标出的胶子的个数为上表中标出的胶子的个数

9、为8。8 但但由由于于对对称称性性的的破破缺缺，只只有有一一种种媒媒介介子子(光光子子)保保持持了了零零质质量量，而而其其它它三三种种获获得得了了巨巨大大的的质质量量。致使对称性破缺的机制称为希格斯致使对称性破缺的机制称为希格斯(Higgs)机制。机制。所所以以理理论论上上确确信信，必必定定还还存存在在一一种种被被称称为为希希格格斯粒子的粒子。斯粒子的粒子。传递引力相互作用的媒介子是引力子传递引力相互作用的媒介子是引力子g，是引是引力场量子，它是自旋为力场量子，它是自旋为2的零质量粒子。的零质量粒子。希格斯粒子和引力子希格斯粒子和引力子，是理论上被预言而在实，是理论上被预言而在实验中尚未得到存在的直接证据的两个粒子。验中尚未得到存在的直接证据的两个粒子。9