粒子物理的标准模型
粒子物理的标准模型简介
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在下面这篇论文中， 我们也考虑了反常相消的问题。
C.F.Cai, H.H.Zhang*,Phys.Rev.D93(2016)036003
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C.F.Cai, H.H.Zhang*,Phys.Rev.D93(2016)036003
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三组可能的解如下：
C.F.Cai, H.H.Zhang*,Phys.Rev.D93(2016)036003
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标准模型有哪些基本粒子？
1
标准模型的拉格朗日量
2
标准模型的规范对称性：SU(3)×SU(2)×U(1)
3
三角规范反常图：1个轴矢流 + 2个矢量流
4
对于手征规范理论，如果规范反常不能相消，则理论是不自洽的。
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为了消除引力反常，还需要考虑有一个规范玻色子、两个 引力子的反常图。
由于SU(3)_c是矢量规范理论，左右手费米子对333、3gg反常图 的贡献相消，不必考虑333、3gg图，其中g代表引力子。
既含有SU(3)_c又含有SU(2)_L×U(1)_Y的规范玻色子的反常成元是无迹的，含有单个2或单个3的图都 不必考虑。 因为SU(2)群是anomaly free的群， 222反常图也不必考虑。
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我们下面来验证： 在标准模型中，每一代的手征费米子的群表示设置恰好是 anomaly free。
粒子物理学与标准模型
粒子物理学与标准模型粒子物理学是研究物质的微观结构及其相互作用的学科，探索了构成宇宙基本粒子的性质以及它们之间的相互作用规律。
而标准模型则是对粒子物理学中基本粒子及它们相互作用的最基本的理论框架。
本文将介绍粒子物理学的基本概念和标准模型的主要组成。
一、基本概念粒子物理学的研究对象是物质的基本构建单元，即基本粒子。
基本粒子分为两类：强子和轻子。
强子包括质子和中子，它们由夸克组成。
轻子包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子中微子等。
基本粒子间的相互作用通过交换粒子传递相互作用力，如强力由胶子传递，电磁力由光子传递，弱力由W和Z玻色子传递，引力由引力子传递。
二、标准模型的组成标准模型是对粒子物理学中基本粒子及其相互作用的最基本理论框架，它由以下几个部分组成：1. 强相互作用部分强相互作用部分描述了夸克之间的相互作用，使用量子色动力学(QCD)理论进行描述。
夸克通过交换胶子来传递强相互作用力。
2. 电弱相互作用部分电弱相互作用部分描述了电磁力和弱力之间的统一，使用电弱统一理论进行描述。
该部分最重要的成果是引入了朗道-格拉斯曼(SU(2) ×U(1))规范对称性，并预言了W和Z玻色子的存在。
3. Higgs机制Higgs机制解释了粒子获得质量的机制。
根据标准模型，粒子质量是通过与Higgs场相互作用来实现的，这也解释了为何某些粒子质量较重而其他粒子质量较轻。
4. 引力部分尽管标准模型中没有包含引力，但是引力可以通过引入爱因斯坦的广义相对论来进行描述。
广义相对论解释了引力是时空弯曲的结果。
三、标准模型的验证标准模型经过了多年的实验验证，其中最重要的是2012年发现了希格斯玻色子。
实验证实了标准模型对基本粒子及其相互作用的描述的准确性。
然而，标准模型仍然存在一些问题，如无法解释暗物质、超出标准模型的CP破坏等。
为了解决这些问题，粒子物理学家们在不断进行着进一步的研究和实验。
结论粒子物理学作为一门探索物质基本构造的学科，通过精确的实验和理论计算，不断完善对基本粒子及其相互作用的认识。
粒子物理的标准模型
Summary of neutrino velocity measurements
OPERA neutrino: • apparently faster than light
2019年8月16日星期五
SN 1987A neutrino:
• a bound broken by OPERA
2019年8月16日星期五
谢谢大家！
2019年8月16日星期五
(Asymptotic safety of gravity and the Higgs boson mass. Mikhail Shaposhnikov,, Christof Wetterich,. Dec 2009. 12pp. Published in Phys. Lett.B683:196-200,2010. )
2019年8月16日星期五
OPERA neutrino experiment
2019年8月16日星期五
OPERA neutrino experiment
2019年8月16日星期五
OPERA neutrino experiment (blind analysis)
2019年8月16日星期五
OPERA neutrino experiment (final result)
2019年8月16日星期五
超对称更喜欢低质量的Higgs
a 是squark A term 系数，如果a接近6，Higgs质量 就接近125GeV。
2019年8月16日星期五
为了保证今年发现Higgs（甚至发现点别的）， CERN计划：
2019年8月16日星期五
2019年8月16日星期五
多数理论家期待发现超对称 什么是超对称？ 一种联系玻色子和费米子的对称性。 该对称性保证动力学具有对称性，但没有对应的守 恒量。
基本粒子标准模型
基本粒子标准模型
基本粒子标准模型是一种物理理论，用于描述和解释物质世界中的基本粒子和它们之间的相互作用。
这一理论被认为是粒子物理学的核心，已成功预测了许多粒子的存在和性质。
标准模型包括以下几个要素：
1.质子、中子和电子：标准模型将质子、中子和电子视为最基本
的粒子，它们构成了原子的核和电子云。
2.基本粒子：标准模型将基本粒子分为两大类：费米子和玻色子。
费米子包括夸克（构成质子和中子的基本粒子）和轻子（如电子和中微子）。
玻色子包括光子（传播电磁力的粒子）、W和Z 玻色子（传播弱相互作用的粒子）以及标量玻色子赫格斯玻色子。
3.相互作用：标准模型描述了不同基本粒子之间的相互作用。
这
些相互作用包括电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用。
光子传播电磁力，W和Z玻色子传播弱相互作用，而胶子传播强相互作用。
4.量子色动力学（QCD）：QCD是标准模型的一部分，用于描述
夸克和胶子之间的强相互作用。
夸克在强相互作用下通过胶子交换相互作用。
5.赫格斯机制：赫格斯机制是标准模型的一个关键部分，它解释
了基本粒子如何获得质量。
根据赫格斯机制，粒子获得质量是通过与赫格斯场相互作用而实现的。
标准模型成功地预测了许多实验观测结果，包括新粒子的发现和相互作用的性质。
然而，标准模型并不是完整的理论，它还存在一些未解决的问题，如引力的量子化和暗物质的性质。
因此，粒子物理学家在努力发展更深入的理论，以扩展标准模型以解释这些未解之谜。
3-6粒子物理的标准模型
传递的相 色相互 互作用 作用 自 旋 1 质 量 个 数
1 0 1
m
W
±
1
= ( 83.5 ± 2 .7 ) GeV
2 0 1
5
0 8
m
Z
0
= ( 93.0 ± 2 .5) GeV
3
胶子是传递夸克之间色相互作用的媒介粒子，是“色场” 的量子。两个不同色状态的夸克通过胶子紧密地结合在一 起，所以胶子必定是双色的。 分析表明，胶子只可能有8种色状态，所以在上表中 标出的胶子的个数为8。 光子 γ和中间玻色子(W+、W-及Z0 )分别是电磁相互作 用和弱相互作用的媒介子，在电弱统一理论中，这四种粒 子都是电弱作用的场量子，它们都是零质量的粒子。
§3-6 粒子物理的标准模型
标准模型(standard model of particle physics)是总结了从 20 世纪 60 年代到 90 年代粒子物理方面的实验和理论成果， 逐渐建立起来的粒子物理体系。 在这个体系中，组成物质的基本单元是三代费米子(包括轻 子和夸克 )，它们之间存在着四类基本相互作用(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)，传递基 本相互作用的媒介粒子是规范玻色子(胶子、光子、中间玻色 子和尚未发现的引力子)，以及描述电弱相互作用的电弱统一 理论和描述强相互作用的量子色动力学。
轻 子
−1 e 1 −1 μ e 1 −1 τ 1
电荷 色数
夸 克
u 2/3 3 2/3
d
电荷 色数
νe
νμ
0 1
0 1
−1 / 3 3
物理学中的粒子模型知识点
物理学中的粒子模型知识点物理学中的粒子模型是研究物质的组成和性质的重要分支之一。
在过去的几十年里，科学家通过实验和理论推导，逐渐建立了关于物质微观结构的粒子模型。
本文将介绍物理学中的一些重要粒子模型知识点。
一、原子模型原子模型是物理学中最基本的粒子模型之一。
根据该模型，物质是由原子构成的，而原子又由更小的粒子组成。
最早的原子模型是由英国科学家汤姆逊提出的，他认为原子是一个带正电的球体，外部散布着带负电的电子。
随后，根据实验结果和理论计算，朗缪尔和卢瑟福提出了夏成模型和卢瑟福模型。
夏成模型认为原子由一个核和绕核运动的电子组成，而卢瑟福模型认为原子核具有正电荷且集中在一个很小的区域内。
二、基本粒子除了原子，物质还可以继续细分为更小的基本粒子。
在粒子物理学中，科学家们发现了构成物质的基本粒子，其中最重要的有质子、中子和电子。
质子和中子构成了原子核，质子带正电荷，质量大约是电子的2000倍；中子不带电荷，质量稍大于质子。
电子则绕核运动，带负电荷且质量很小。
除了这些基本粒子，物质还包含了更多的基本粒子，比如不同种类的轻子、夸克等。
三、元素周期表在原子模型的基础上，科学家们发现了一种有规律的现象，即元素的性质和其原子结构有密切的关系。
为了描述元素和他们的原子结构之间的关系，化学家们发明了元素周期表。
元素周期表按照原子序数的大小，将元素分类排列，使得具有相似性质的元素出现在同一行或同一列。
这一分类方式既反映了原子结构的特点，也具有很强的实用性。
四、量子力学随着科学技术的进步，科学家们发现了传统物理学无法解释的现象。
为了解决这些问题，量子力学应运而生。
量子力学是研究微观粒子行为的物理学分支，它具有概率性和波粒二象性的特点。
量子力学的核心理论是薛定谔方程，该方程描述了微观粒子的运动和性质，如波函数的演化。
五、标准模型标准模型是粒子物理学的一个重要理论框架，描述了基本粒子和其相互作用。
标准模型假设包含了夸克、轻子以及相应的反粒子，并通过基本相互作用力（电磁力、弱力、强力和引力）来描述它们之间的相互作用。
基础粒子理论的标准模型
基础粒子理论的标准模型标准模型是基础粒子物理学的一种理论框架，用于描述基本粒子和相互作用的本质。
它是现代粒子物理学的基石，提供了我们对宇宙中构成物质的认识。
标准模型的基本组成标准模型由三个基本粒子类别构建而成：夸克、轻子和力的媒介粒子。
夸克和轻子是构成物质的基本组成部分，而力的媒介粒子则负责传递力。
夸克是构成质子和中子等核子的基本组成部分。
标准模型中共有六种夸克：上夸克、下夸克、粲夸克、魅夸克、顶夸克和底夸克。
每种夸克都有不同的电荷和质量。
夸克之间互相作用，形成强相互作用，由胶子传递。
轻子包括电子、电子中性子和电子电子中子中微子。
与夸克不同，轻子不直接参与强相互作用。
电子同样参与电磁相互作用，由光子传递。
除夸克和轻子之外，标准模型还包括力的媒介粒子。
这些粒子负责传递四种基本相互作用力：强力、电磁力、弱力和引力。
强力由八种胶子传递，电磁力由光子传递，弱力由带电弱子传递，引力由引力子传递。
基本粒子和相互作用标准模型通过描述基本粒子的相互作用来解释宇宙中的现象。
粒子之间的相互作用可以通过粒子之间的交换粒子来传递。
由于相互作用力的不同，交换粒子的性质也不同。
强力由胶子传递，它们是夸克之间的粘合剂，将夸克绑定在一起形成夸克组合。
电磁力由光子传递，负责电子之间的相互作用。
弱力由带电弱子传递，负责一些粒子的衰变和相互转换。
引力是最弱的力，由引力子传递，并对宏观尺度的物体起作用。
标准模型的可验证性标准模型已经通过许多实验证据的支持而得到验证。
例如，通过高能粒子加速器的实验，我们观察到粒子之间在相互碰撞中的行为。
这些实验证明了标准模型对于描述粒子之间相互作用的准确性。
此外，标准模型还成功预测了一些新粒子的存在，并在后续实验中进行了发现。
例如，在2012年，欧洲核子研究中心的ATLAS和CMS实验室发现了希格斯玻色子，这是标准模型中的一个重要组成部分。
标准模型的局限性尽管标准模型在描述基本粒子和相互作用方面取得了巨大成功，但它仍然有一些局限性。
粒子物理学中的标准模型
粒子物理学中的标准模型粒子物理学是一门研究物质最基本的构成单位和它们之间相互作用的学科。
标准模型是目前最为广泛接受的粒子物理学理论，它描述了我们所观测到的所有基本粒子以及它们之间的相互作用。
本文将介绍标准模型的基本概念、结构和重要实验验证。
一、基本粒子标准模型将所有基本粒子分为两类：费米子和玻色子。
费米子具有自旋为1/2的特点，代表了物质的基本构成单位，例如电子、夸克等。
玻色子具有自旋为整数的特点，代表了相互作用的载体，例如光子、强子等。
在标准模型中，基本粒子被分为四个基本力的载体和Higgs玻色子。
其中，强相互作用由胶子传递，电磁相互作用由光子传递，弱相互作用由W和Z玻色子传递，引力相互作用暂未被标准模型包含。
二、基本相互作用标准模型将基本相互作用分为强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用。
强相互作用负责夸克之间以及胶子之间的相互作用，它是一种特别强大的相互作用力，限制了夸克不能单独存在。
电磁相互作用负责电子、质子和中子之间的相互作用，使得带电粒子能够相互吸引或排斥。
弱相互作用则负责中子的变换和一些放射性衰变等现象。
三、Higgs场与Higgs粒子标准模型中的Higgs场是一种基本场，负责让粒子获得质量。
根据量子力学原理，粒子质量是通过与场相互作用而得到的。
Higgs场的激发态被称为Higgs粒子，它由欧洲核子研究中心的ATLAS和CMS实验团队在2012年首次发现，并被授予"上帝粒子"的绰号。
四、实验证据标准模型通过多个实验证据的验证，得到了广泛的认可。
其中最著名的实验证据是2000年诺贝尔物理学奖的得主之一，费米实验室的电弱理论实验。
该实验通过测定W和Z玻色子的性质，验证了弱相互作用的存在和标准模型的准确性。
此外，大型强子对撞机（LHC）的实验结果进一步确证了标准模型的有效性。
在LHC实验中，标准模型预测的希格斯粒子存在也得到了实验观测的确认。
五、标准模型的局限性和研究方向尽管标准模型是粒子物理学中最成功的理论之一，但仍有一些问题尚待解决。
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2020年7月8日星期三
CMS,长21.5米，高15米，重一万两千多吨
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
2月8号结果： ATLAS 4 leptons
2020年7月8日星期三
Hale Waihona Puke 2Z to 4 muons2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
双光子道最为重要，ATLAS和CMS用的量能器完 全不同。ATLAS用液态氩:
什么是粒子物理学？ 研究物质基本组成部分的基本相互作用的学科。 基本粒子的概念随着研究不断改变： 质子和中子曾经被认为是基本粒子，现在不是了，夸克、轻子、光子等才是。
2020年7月8日星期三
粒子物理的标准模型： 基本单元
2020年7月8日星期三
基本相互作用
1、电磁相互作用 2、弱相互作用
3、强相互作用
OPERA neutrino experiment
2020年7月8日星期三
OPERA neutrino experiment (blind analysis)
2020年7月8日星期三
OPERA neutrino experiment (final result)
2020年7月8日星期三
Summary of neutrino velocity measurements
2020年7月8日星期三
CMS综合结果：
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
ATLAS和CMS的综合结果？三月。 下面展示Philip Gibbs 非官方结果
2020年7月8日星期三
用2011年三分之一数据获得的结果：
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
* i
i
A 0 ,
UU † 1, Uei(Eit pi x)U † 1,
P
2
A
2020年7月8日星期三
Ref: OPERA, arXiv:1109.4897 [hep-ex].
2020年7月8日星期三
OPERA neutrino experiment
2020年7月8日星期三
对撞机：
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
探测对称性破缺以及超出标准模型物理探测器： ATLAS: (A Toroidal LHC Apparatus) CMS: (Compact Muon Solenoid)
2020年7月8日星期三
ATLAS, 长46米，高25米，重七千吨
2020年7月8日星期三
v
2020年7月8日星期三
Higgs的产生：
2020年7月8日星期三
Higgs探测： 有很多办法探测Higgs，最重要的是双光子事件：
2020年7月8日星期三
=
2
还有很多其他道，如：
2020年7月8日星期三
大型强子对撞机： 位置：
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
量能器
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
ATLAS综合结果
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
CMS 4轻子结果（无迹象）
2020年7月8日星期三
CMS光子量能器
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
超对称更喜欢低质量的Higgs a 是squark A term 系数，如果a接近6，Higgs质量 就接近125GeV。
2020年7月8日星期三
为了保证今年发现Higgs（甚至发现点别的）， CERN计划：
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
多数理论家期待发现超对称 什么是超对称？ 一种联系玻色子和费米子的对称性。 该对称性保证动力学具有对称性，但没有对应的守 恒量。
OPERA neutrino: • apparently faster than light
2020年7月8日星期三
Neutrino family members
1st generation: e , e
• Born: 1956 in South Carolina
• Partner: electron
2nd generation: ,
• Born: 1962 in Brookhaven National Lab &. CERN
• Partner: muon
3rd generation: ,
• Born: 2000 in Fermilab • Partner: tauon
2020年7月8日星期三
Neutrino oscillation
t
Ui i t
i
U e 0 i(Eit pi x)
i
i
i
U e U 0 i(Eit pi x) i
2020年7月8日星期三
直观：
2020年7月8日星期三
具体粒子谱：
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
超对称还能产生能够解释暗物质的粒子： 最轻的中性超对称粒子
2020年7月8日星期三
有人谣言说LHC上出现了stop的迹象，未得证实。 希望2012是一个物理奇迹年！
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
2020年7月8日星期三
理论意义： 125GeV Higgs正在标准模型的边界上。 2009年12月有人预言，如果引力加标准模型之间 其他什么也没有，Higgs质量必须是126GeV (Asymptotic safety of gravity and the Higgs boson mass. Mikhail Shaposhnikov,, Christof Wetterich,. Dec 2009. 12pp. Published in Phys. Lett.B683:196-200,2010. )
2020年7月8日星期三
对称性与Higgs机制 电磁相互作用的对称性： 色动力学（一代）：
2020年7月8日星期三
弱电相互作用： Higgs机制： Higgs作用量：
2020年7月8日星期三
Higgs势能：
2020年7月8日星期三
对称性破缺： Higgs场的三个分量成为W, Z的纵向分量。 剩余的一个分量就是著名的Higgs粒子，中性。