看板 Gossiping作者 ll35566 (交大張東健)標題 Re: [爆卦] [LIVE] 上帝粒子時間 Wed Dec 14 03:09:49 2011
我們的世界 有四種基本的交互作用
分別是重力 電磁作用力 強作用力 跟弱作用力
大家對前面兩個都很熟悉了
重力和電磁力 大家都可以很容易自己去感覺到
不過對於後面兩種 大家很可能沒有這麼熟悉了
我今天就來說說 後面三種力好了
一 物質結構
大家都知道 一般物質 是由分子構成的
而分子裡面 有原子
原子裡面 是大部分空空的 裡面有原子核 還有電子
而原子核裡面 含有中子和質子 中子和質子 又是更小的夸克所組成的
╱ . . ╱ ●○○ ╱ ◎
╱ ╱ ●○○● ╱ ∵
○ . ⊕ ○●○●● ∵ ←夸克之間用膠子黏住
↑＼ ↑ ╲ ○●●● ╲ ∵∵∴
｜ ╲ . ｜ . ╲ ●○○ ╲◎ ◎
｜ ↑ 原子核 ↑ ↑ ↑
電子 中子 質子 夸克
原子 ╚═══╝ ╚═══╝ ╚═══╝
原子 原子核 核子(質子或中子)
-10 -14~-15 -15
10 m 10 m 10 m
1-1.電磁交互作用和強交互作用
原子核和電子 是由電磁交互作用綁在一起的
透過交換光子的方式 把彼此拉在一起 就像跟正妹打排球一樣
互相交換排球 讓彼此距離拉近
而原子核內部之間
以及 中子內部 質子內部 則是所謂的強作用力綁在一起
夸克帶有所謂的色荷 然後彼此之間用膠子互相交換色荷 把彼此黏住
◎ <-夸克 交換光子
∴ ↓
∴ <-交換膠子 . ~~~~~~~ ⊕
∴ ∴ ↑
◎ ◎ 電子 原子核
1-2.弱作用力
而弱作用力 就參與所謂的原子核衰變 也就是從A元素 變成B元素的過程
因為有一顆中子變質子了
●○● ●○● - __
○●○ ○●○ + e + ν
●○● ============> ●○○
↑ ↑ ↑ ↑
中子 質子 電子 反微中子
當然 因為 電荷的改變 所以還可能放出強力光子(電磁波)
- __
我們可以把這一段過程放大來看 其實就是● ============> ○ + e + ν
中子 質子 電子 反微中子
更近一步去看 會發現 其實這種衰變的交互作用 中間還會有一種粒子參予
-
那就是W粒子 ╱ e
╱
/╲ __
/ ╲ ν
-
(w )
/
d------->------------>----u
∴ ∴
∴ ∴
∴ ∵ ∴ ∵
u d u d
中子 質子
在這邊我們可以看到
電磁交互作用(光子)
強交互作用(膠子)
弱交互作用(W Z)
他們在進行時 中間都會透過交換粒子 而達成效果
這邊所交換的粒子 我們叫做規範波色子
規範 是一種對稱 而波色子 是一種滿足某種統計的粒子
(等等在標準模型裡面會說到)
這邊我不著墨太多了 我們直接來看最奇怪的一個例子
這邊最奇怪的事弱交互作用 為什麼呢?
± 0
因為在這些參與作用的粒子裡面 只有W 和 Z 有質量
1-3小結
(1) 強作用力是靠膠子來傳遞的
(2) 電磁交互作用力是靠光子來傳遞的
(3) 弱交互作用力 是靠 W Z 粒子來傳遞的
(4) W Z 友質量 很奇怪
二 標準模型
我們將目前 物理學家 所建立的一套可以描寫強作用力 弱作用力
和電磁交互作用力的模型 叫做標準模型
EA這模型的主要是一個所謂的SU(3)xSU(2)xU(1)的對稱結構(當然 我只提名字)
c L Y
還有 六種夸克 六種輕子 再額外加上一個希格斯利子(Higgs)
這邊的對稱結構 會讓我們有傳遞強,電磁及弱作用的 膠子 光子 還有W Z粒子
這模型 有含10幾個參數 而可以預測出目前發現的幾十到百個
"基本粒子"(這些一點都不基本XD)
但是到目前為止 還有最後一個沒有發現 那就是希格斯粒子
2-2 基本粒子列表
也許有人會想知道是哪些基本粒子 我就列個表吧!
╔══╗╔═════╦═════╦═════╦══╗ ╔═════╗
║ ║║ u ║ c ║ t ║電荷║ ║ γ ║
║ 夸 ║║ 上夸克 ║ 魅夸克 ║ 頂夸克 ║ 2/3║ ║ 光子 ║
║ ║║ 2.4MeV ║ 1.27GeV ║ 171.2GeV║ ║ ║ 0 ║
║ 克 ║╚═════╩═════╩═════╩══╝ ╠═════╣
║ ║╔═════╦═════╦═════╦══╗ ║ g ║
║ ║║ d ║ s ║ b ║電荷║ ║ 膠子 ║
║ ║║ 下夸克 ║ 奇夸克 ║ 底夸克 ║-1/3║ ║ ║
║ ║║ 4.8MeV ║ 101MeV ║ 4.2GeV ║ ║ ╠═════╣
╚══╝╚═════╩═════╩═════╩══╝ ║ 0 ║
第一代 第二代 第三代 ║ Z ║
╔══╗╔═════╦═════╦═════╦══╗ ║ 91.2GeV ║
║ ║║ νe ║ νμ ║ ντ ║電荷║ ╠═════╬═╗
║ 輕 ║║電子微中子║μ子微中子║τ子微中子║ 0 ║ ║ ± 電 ║
║ ║║ <2.2eV ║ <0.17MeV║ <15.5MeV ║ ║ ║ W 荷 ║
║ ║╚═════╩═════╩═════╩══╝ ║ 80.4GeV ±1║
║ 子 ║╔═════╦═════╦═════╦══╗ ╠═════╬═╝
║ ║║ e ║ μ ║ τ ║電荷║ ║ 自旋 1║
║ ║║ 電子 ║ μ子 ║ τ子 ║ -1 ║ ╚═════╝
║ ║║ 0.511MeV ║ 105.7MeV ║ 1.777GeV║ ║
╚══╝╚═════╩═════╩═════╩══╝ Higgs ???
第一代 第二代 第三代 自旋0
╔════════════════════════╗ ╔═════╗
║ 費米子 自旋 1/2 ║ ║ 波色子 ║
╚════════════════════════╝ ╚═════╝
2-3希格斯粒子 和自發性對稱破缺
在1-3我們留了一問題 為什麼 W Z粒子會有質量?簡單的說
就是一種自發性對稱破缺的機制 所造成的
自發性對稱破缺 聽起來很莫名其妙的東西 好像很難
其實 沒有這麼難懂 首先 我們在標準模型裡面引進了一個
很特別的場 這個場 是有四個分量的場
他有個位能 而這一個位能 長得像這樣子(大概示意 實際上是在更高維度的空間)
這邊的維度不是時空維度
______________________ 事內部某對稱空間的維度
╱ ╲
／ ╲
| |
╲ ╱￣╲ ／
\ ╲_______________________╱ /
\ / \ /
\ / \ /
╲ / ╱￣╲ \ ／
╲_____╲__╱______／
像一個碗一樣 但是中間有凸起來
就像是一個墨西哥帽一樣 只不過帽緣比較高
我們可以想像 有一顆球 被放置在裡面
______________________
E--------- ╱ ╲
／ ╲
| ● ● |
╲ ╱￣╲ ／
\ ╲_______________________╱ /
\ / \ /
\ ● / \ /
╲ / ╱￣╲ \ ／
╲_____╲__╱______／
這顆球 表示我們的能量狀態 剛開始 球的能量比中間的凸起還要高
在我們的宇宙剛剛形成不久時後 到處都很燙很熱 能量處於很高的狀態
所以 這一顆球可以到處亂跑 所以 這一個系統 就像一個碗一樣
是對稱的
______________________
╱ ╲
／ ╲
| ●↘ |
╲ ╱￣╲ ／
\ ╲_______________________╱ /
E----- \ / \ /
\ / \ /
╲ / ╱￣╲ \ ／
╲_____╲__╱___ ●／_
當宇宙冷掉之後 我們的能量減低
原本平均上會在帽頂中心球 會自動的往四周掉下去
因為只要有擾動 球就不會安穩的呆在這種極度不平衡的位置上面
所以
我們失去了原本的對稱性 現在系統只能在 帽底震盪 而不是在我們熟悉的中間震盪
失去的自由度 就被W和Z粒子吸收 讓他們有質量質量
於是這樣一來 我們就改變了真空的性質了
我們可以這樣來想像
╲ ..╲ ... . .
╲ . .. .╲ . . . . .
↘ . . . . .↘ ... ..
╲ . . .. ╲ .. . .
╲ .. ╲ ... .
╲ . . . . .. .. .
╲ . . . ╲ .. .
. . . ... .
. .
這是原本的真空 對稱破缺後的真空
粒子在裡面自由穿梭 不受阻力 粒子像在糖水中一樣 受到了阻力 而生成質量
這些當然是很粗略的說法 詳細的東西有點小複雜 我就不說了
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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 140.113.160.72
推 Keo:嗯 沒錯 就跟我想的一樣1F 12/14 03:10
推 xrays:啥!?4F 12/14 03:10
其實 這模型做出來的很多東西都很準 不過也有有些她無法解釋的東西開始出現了
推 tuchichi:哇咧 三更半夜看到這種文 是要讓我暈的嗎8F 12/14 03:12
推 taker627:交大五六不研究比爾陳改研究這個啊9F 12/14 03:12
這才是本行
※ 編輯: ll35566 來自: 140.113.160.72 (12/14 03:12)
※ 編輯: ll35566 來自: 140.113.160.72 (12/14 03:14)
推 jho52106:交大五六哥 我想考118資工 你可以當我的補習老師嗎?14F 12/14 03:13
資工不會考這個啦!
※ 編輯: ll35566 來自: 140.113.160.72 (12/14 03:15)
→ jerrycat:... 很有趣啊 這才是科學... 比科幻小說好多了16F 12/14 03:15
推 revorea:辛苦了，畫那些表格跟對稱破缺的圖...17F 12/14 03:15
超難畫的...
QN阿! 上次的事情真的抱歉.. 害你這樣被騷擾QQ
推 musecat:感謝原PO...但是我實在忍不住按了END....我真的不是理科的19F 12/14 03:16
推 harry901:推 看到一半看不完 可借轉physics板嗎?21F 12/14 03:18
推 alwaysOGC:我電機背景的也看懂了~原po解釋的不錯喔22F 12/14 03:18
嘿嘿 還可以啦!抓頭
※ 編輯: ll35566 來自: 140.113.160.72 (12/14 03:20)
推 animist:某樓冒充隔壁校是哪招XD23F 12/14 03:20
推 jho52106:考資工統測搞定電子學跟數位邏輯就幾乎OK了26F 12/14 03:21
※ harry901:轉錄至看板 Physics 12/14 03:21
※ 編輯: ll35566 來自: 140.113.160.72 (12/14 03:24)
推 cheer16max:費米子自旋半整數 波色子整數 幹 今天才剛考完28F 12/14 03:24
推 Mauder:資工怎麼會考物理 XD29F 12/14 03:24
推 adkue:還附圖 超強...30F 12/14 03:24
推 harry901:原PO改好記得轉physics板... 辛苦了33F 12/14 03:27
推 yoyohu:恩 跟我想的一樣~34F 12/14 03:27
推 l8lcm:很好，跟我想說的一模一樣35F 12/14 03:28
推 aidsai:好強大 @@"37F 12/14 03:28
Timba!!! nerf T nerf BZ
※ 編輯: ll35566 來自: 140.113.160.72 (12/14 03:30)
※ 編輯: ll35566 來自: 140.113.160.72 (12/14 03:32)
推 fukobe:有圖有推~~42F 12/14 03:33
推 e510171:恩..... 你喜歡吃泡芙嗎?46F 12/14 03:40
你要請我吃嗎? 好啊!
※ 編輯: ll35566 來自: 140.113.160.72 (12/14 03:41)
挖勒
※ 編輯: ll35566 來自: 140.113.160.72 (12/14 03:42)
推 P55555: 嗯嗯嗯 跟我想的一模一樣49F 12/14 03:42
→ xrays:(摸)51F 12/14 03:42
推 qn: 咕嚕咕嚕(肚子在叫了啦)55F 12/14 03:44
碗公 那邊 能量高的話 你震盪的平均值點就是在中間(所以平均值<ψ>=0)
但是能量低的話 就會平均值 就會跑到旁邊去了 原本是圓對稱的
後來就不是了 因為會在旁邊的溝溝裡面震盪(平均值 <h>=v 有值 )
※ 編輯: ll35566 來自: 140.113.160.72 (12/14 03:48)
簡單的說 就是對稱破缺 讓真空造成相變 改變了粒子質量
推 beran:我看完了 下一個單元呢?59F 12/14 03:47
下一單元??
這....
※ 編輯: ll35566 來自: 140.113.160.72 (12/14 03:50)
→ jojoStar:你那個碗公 情趣旅館都有放一個63F 12/14 03:51
那叫做什麼? 沒用過@@
→ ll35566:不知道ㄟ
粒子物理吧!66F 12/14 03:54
→ pandajohn:哦哦...粒子物理...我上面推文推太慢了70F 12/14 03:55
→ pandajohn:老本行做理論物理的嗎? 還是研究比爾陳?75F 12/14 03:57
※ 編輯: ll35566 來自: 140.113.160.72 (12/14 04:01)
推 WLR:這篇太猛了，辛苦了78F 12/14 04:04
※ 編輯: ll35566 來自: 140.113.160.72 (12/14 04:07)
推 Danto18:所以是說這個標準模型一直都建立在一種假設上面嗎?
假設上帝粒子是存在的情況下，只是人類還沒找到這樣?80F 12/14 04:08
yes 標準模型有一半以上的參數都跟這個有關
其實這一個機制的引進 很不自然 首先 為什麼我要加這東西
所有最基本的粒子都是自旋1/2 和1 為什麼要加進去一個自旋0的場...
而且難道我不能是其他種位能嗎? ...
推 j022015:辛苦你了 除了要觀察比爾陳還要觀察這個 QQ82F 12/14 04:09
※ 編輯: ll35566 來自: 140.113.160.72 (12/14 04:13)
→ Danto18:現在上帝粒子找到了，代表這個模型是正確的? 意義是這個?所以這個標準模型已經沒有缺陷了嗎?85F 12/14 04:10
我們只能說 在某種尺度之下 這東西是對的 更高尺度的東西 我不敢說
標準模型的缺陷很多 首先他不能解釋重力 所以他依定不是最後的理論
再來他沒有說明微中子的質量問題 雖然有人有修改後的版本 ...
物理還有很多未解的問題 標準模型能夠描述的不到所有物質的5%
所以還有很多事情要做
※ 編輯: ll35566 來自: 140.113.160.72 (12/14 04:17)
※ 編輯: ll35566 來自: 140.113.160.72 (12/14 04:19)
推 jojoStar:永遠都是5% 永遠讓人充滿無限希望XD88F 12/14 04:20
推 orfan:哼~ 我也會 >///<91F 12/14 04:29
推 AFIAC:.........92F 12/14 04:29
推 s32635:omg...<囧>96F 12/14 04:39
→ jojoStar:推的人摸摸自己的LP 真的看得懂嗎? (我沒有LP........)97F 12/14 04:40
推 LiarBu:這圖畫得還真不錯98F 12/14 04:41
→ ll35566:JOJO是妹子喔
吃宵夜中99F 12/14 04:42
推 mmmokok:今晚cctv9播的記錄片就是講這些東西，很直觀，我是文科的也看懂了。最后那個在糖漿中拉物體產生質量的比喻還可以用幾種更形象的模型來理解。274F 12/15 22:48
推 menxz:原PO願意在BBS花時間畫圖來傳遞知識~不推不行啊~~277F 12/19 18:52
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Re: [爆卦] [LIVE] 上帝粒子
12-14 03:09 ll35566.