在这篇文章中|最成功的物理学理论之一——标准模型,帮助我们认识世界的本质
在这篇文章中 , 我们将接续我上一篇文章的内容 , 了解从1950年到60年代末的标准模型的历史 。 我们将介绍粒子加速器的发展、强子的故事和对称性破缺 。
标准模型简史(至1950s) , 描述粒子及其相互作用的最好理论
粒子加速器和对称性——20世纪50年代至60年代?
自20世纪50年代以来 , 绝大多数的粒子物理学实验都是围绕着将粒子撞击在一起而进行的 。 其原理很简单--将粒子加速到接近光速的速度 , 然后让它们碰撞 。 在粒子碰撞之后 , 分析它们是如何散开的 , 看看是否与理论预测一致 。 物理学家通过计算散射振幅(scatteringamplitudes)来预测散射应该是什么样子的 。 散射振幅是一种概率分布 , 它描述了粒子在相互作用后可能处于个状态 。 振幅分析是量子场理论的一个必修课 。
粒子加速器是一种设备 , 可以将粒子加速到散射实验所需的高能量 。 在20世纪50年代 , 粒子加速器和气泡室(bubblechambers)有了一个显著的改进 。 在20世纪40年代末 , 物理学家通常用同步加速器来做这个实验 。 同步加速器是一种用磁场加速粒子的加速器 。 随着粒子能量的增加 , 磁场的强度也随之增加以跟上它 。
磁场强度需要随着粒子速度的增加而增加 , 并使其保持在一个圆形的形状 。 否则 , 粒子就会偏离方向 。
同步加速器在20世纪40年代末被用来加速电子 , 让电子接近光速通常要容易得多(相比于质子而言) 。 所需的能量通常在1GeV左右 。 在同步加速器中加速质子直到1952年才获得成功 , 质子同步加速器的进一步发展能够产生能量E≥MeV 。
20世纪50年代是黄金的十年 , 在此期间发现了几十种粒子 , 其中大部分与强相互作用有关 。 这些粒子主要是强子 。 强子是一种由夸克组成的粒子 , 这是一种我们将在后面谈论的基本粒子 。 质子和中子是强子 , 但还有其他例子 , 如介子 。
物理学家当时并没有认真对待夸克的概念 。 夸克是一种基本粒子 , 通过强相互作用而聚集在一起 , 强相互作用力的载体是胶子 。 在量子色动力学中有一个关于夸克及其相互作用的理论 。 
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上面的图是一个质子 。 它是由两个"上"夸克和一个"下"夸克组成 。 夸克被强相互作用载体——胶子固定在一起 。
强子被分为两种不同的类型 , 取决于它们由多少个夸克组成 。 有两个夸克的强子被称为介子 , 而有三个夸克的强子被称为强子 。 你可能知道的强子是质子和中子 , 它们都由三个夸克组成 。 我们在前面的文章中讨论过的π介子 , 它是一种介子 。
走进奇异原子世界 , 它为何能引发新的物理学 , 甚至促使能源突破?
有一些特定类型的属性与粒子相关联 , 我们通常会将这些特性与粒子联系起来 。 其中一个特征 , 电荷 , 是我们熟悉的东西 。 质子有一个正电荷 , 而电子有一个负电荷 。 电荷的概念很重要 , 因为它在相互作用过程中保持不变 。
随着新粒子被发现 , 物理学家推测可能还有其他类型的电荷存在 。 其中一个种是奇异性(strangeness) , 它在衰变中发挥作用 。 奇异性是一种电荷 , 当物体在强相互作用下相互作用时守恒 。
此外 , 还有一种被称为"奇偶性"的属性 , 大致上是指对粒子的方向进行编码 。 事实证明 , 与电磁和强相互作用不同 , 奇偶性在弱相互作用下是不守恒的 。 在吴健雄等的实验中 , 发现钴的β衰变改变了方向 。 这表明 , 奇偶性并不是大家曾经认为的自然界的基本对称性 。
20世纪60年代的对称性?
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