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    基本粒子理論

    2016/10/14 13:54:08

    基本粒子理論

    基本粒子的結(jié)構(gòu)、相互作用和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化規(guī)律的理論,它的理論體系就是量子場(chǎng)論。按照量子場(chǎng)論的觀點(diǎn),每一類型的粒子都由相應(yīng)的量子場(chǎng)描述,粒子之間的相互作用就是這些量子場(chǎng)之間的耦合,而這種相互作用是由規(guī)范場(chǎng)量子傳遞的。

    20世紀(jì)30年代以來,基本粒子理論在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上有了很大進(jìn)展。在粒子結(jié)構(gòu)方面,人們已經(jīng)通過對(duì)稱性的研究深入到了一個(gè)層次,肯定了強(qiáng)子是由層子和反層子組成的,對(duì)真空特別是對(duì)真空自發(fā)破缺也有了新的認(rèn)識(shí)。在相互作用方面,發(fā)展了可描述電磁相互作用的量子電動(dòng)力學(xué),發(fā)展了能統(tǒng)一描述弱相互作用和電磁相互作用的弱電統(tǒng)一理論,可用于描述強(qiáng)相互作用的量子色動(dòng)力學(xué)。它們無一例外都是量子規(guī)范場(chǎng)理論,并且都在很大程度上與實(shí)驗(yàn)一致,從而使人們對(duì)各種相互作用的規(guī)律性有了更深一層的了解。

    基本粒子理論在本質(zhì)上是一個(gè)發(fā)展中的理論,它在許多方面還不能令人滿意。其中有兩個(gè)具有哲學(xué)意義的理論問題尚待澄清,即:層次結(jié)構(gòu)問題(見物質(zhì)結(jié)構(gòu)層次)和相互作用統(tǒng)一問題(見相互作用的統(tǒng)一理論)。在物質(zhì)結(jié)構(gòu)的原子層次上,可以把原子中的電子和原子核分割開來;在原子核層次上,也可以把組成原子核的質(zhì)子和中子從原子核中分割出來?墒沁M(jìn)入到"基本粒子"層次后,情況有了變化。這種變化在于強(qiáng)子雖然是由帶"色"的層子和反層子組成的,但卻不能把層子或反層子從強(qiáng)子中分割出來;玖W犹卣
    基本粒子特征
    這種現(xiàn)象被稱為"色"禁閉。于是,在"基本粒子"層次,物質(zhì)可分的概念增添了新的內(nèi)容?煞植⒉坏扔诳煞指,強(qiáng)子以層子和反層子作為組分,但卻不能從強(qiáng)子中分割出層子和反層子。"色"禁閉現(xiàn)象的原因至今還未能從理論上找到明確答案。80年代已知的層子、反層子已達(dá)36種,輕子、反輕子已達(dá)12種,再加上作為力的傳遞者的規(guī)范場(chǎng)粒子以及 Higgs粒子,總數(shù)已很多,這就使人們?nèi)ピO(shè)想這些粒子的結(jié)構(gòu)。物理學(xué)家們對(duì)此已經(jīng)給出許多理論模型,但各模型之間差別很大,還很難由實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和判斷究竟哪個(gè)模型正確。

    模型理論

    在弱電統(tǒng)一理論獲得成功之后,人們又探求強(qiáng)作用和弱作用、電磁作用三者之間的統(tǒng)一,提出了各種大統(tǒng)一模型理論。這種理論預(yù)言質(zhì)子也會(huì)衰變,其壽命約為1032±2年。但還沒有得到實(shí)驗(yàn)上的證實(shí)。在探索力的統(tǒng)一理論時(shí)不能不考慮引力。但引力和弱作用力、電磁作用力、強(qiáng)作用力有重要差別,因?yàn)樗苯优c空間、時(shí)間的測(cè)度有聯(lián)系,它的傳遞者──引力子的自旋不同于其他三種作用力的傳遞者,它的耦合常數(shù)有量綱~(質(zhì)量)-2 ,從而會(huì)出現(xiàn)無窮多種發(fā)散,不能重整化。如果再考慮到A.愛因斯坦所提出的引力方程的非線性性質(zhì),就更增加了引力理論量子化、重整化的困難。初步的探討認(rèn)為,引力場(chǎng)也是一種規(guī)范場(chǎng),這就意味著引力和其他三種基本力在邏輯上最終會(huì)統(tǒng)一起來。但從問題的深度上可以看到,有一些關(guān)鍵性的因素人們還沒有掌握。

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