3-6粒子物理的标准模型
物理学中的标准模型
物理学中的标准模型从古代的希腊人开始，人类就对自然的本质、构成和行为进行了探讨。
到今天，科学技术的迅猛发展，使得我们对自然的认识越来越深入、准确。
物理学在这一方面发挥了重要的作用，标准模型则是物理学一个重要研究方向之一。
本文将探讨物理学中的标准模型，包括其基本概念、组成和应用等方面。
一、标准模型的基本概念标准模型是指描述基本粒子和相互作用的理论模型，是现代物理学的核心之一。
它的核心思想是将物质的最基本组成部分——基本粒子（包括夸克、轻子等）和它们之间的相互作用（包括强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用）统一起来，并用数学描述。
基本粒子是指不能再分解为其他粒子的微观粒子，它们包括了费米子和玻色子。
其中，玻色子是一类满足玻色-爱因斯坦统计的粒子，它们对应于各种相互作用的基本粒子，如光子、引力子等；而费米子是一类满足费米-狄拉克统计的粒子，它们对应于构成物质的基本粒子，如电子、夸克等。
相互作用是指不同粒子之间的相互作用。
标准模型中包括了三种最基本的相互作用——强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用。
其中，强相互作用是保持原子核中夸克之间紧密结合的力，它通过一种粒子——胶子传递而形成；弱相互作用则是一种使得质子和中子发生变化（如 $\beta$衰变）的相互作用，它通过传递粒子W和Z而形成；而电磁相互作用则是我们日常生活中所熟悉的相互作用，如光和电磁力均由电磁相互作用所引起。
二、标准模型的组成标准模型是基于基本粒子和相互作用的描述而建立的，并用数学方法进行表达。
它可以分为两部分，一部分是费米子（即构成物质的基本粒子）部分，另一部分是玻色子（即代表相互作用的基本粒子）部分。
在费米子部分中，标准模型包括了六种夸克和六种轻子。
夸克又分为两类，一类是上夸克、顶夸克和精夸克，另一类是下夸克、底夸克和奇异夸克。
轻子则包括了电子、缪子、 $\tau$子和相应的中微子。
其中，夸克是一类带电粒子，其电荷是以1/3、2/3等分数单位来计量的；而轻子是一类不带电粒子。
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。
粒子物理的标准模型
粒子物理的标准模型粒子物理是物理学中探索最基本粒子以及它们之间相互作用的领域。
其中，粒子物理的标准模型是描述这些粒子的一种理论框架。
本文将介绍粒子物理的标准模型以及其重要组成部分。
在粒子物理的标准模型中，物质的基本组成部分被分为两类：夸克和轻子。
夸克是构成质子和中子的基本组成部分，而轻子包括电子、μ子和τ子等。
这些粒子被称为费米子，因为它们遵循费米-狄拉克统计。
除了费米子外，标准模型还包括介质和玻色子。
介质是一类力的媒介粒子，它们通过交换传递力。
最为著名的介质是光子，它是电磁场的传播媒介。
此外，标准模型还包括带电弱介质（如W和Z玻色子）和胶子（通过强相互作用传递核力）。
这些介质的存在以及它们的相互作用规律被统一地描述在了标准模型中。
标准模型中的夸克和轻子以及介质之间的相互作用通过相应的玻色子完成。
例如，夸克之间通过胶子进行相互作用，而轻子之间通过光子完成。
胶子的相互作用形成了强相互作用，它是负责夸克直接相互作用的力。
而光子的相互作用则形成了电磁相互作用。
此外，标准模型还包括弱相互作用。
弱相互作用是负责核衰变等现象的力。
其中，带电弱介质W玻色子和Z玻色子起着重要的作用。
W玻色子可导致夸克和轻子的转换，而Z玻色子则参与了弱相互作用中的中性粒子传递。
在标准模型的基础上，还存在着希格斯玻色子。
希格斯玻色子的发现在2012年被确认，它是标准模型的最后一块拼图。
希格斯场通过希格斯玻色子的介入，为粒子赋予质量。
希格斯场的发现填补了标准模型的一个重要空白，也为粒子物理的理论提供了全新的验证。
尽管标准模型成功地描述了粒子物理的很多方面，但它也有一些挑战和限制。
例如，标准模型并未涵盖引力的描述，也无法解释宇宙中暗物质和暗能量的存在。
因此，粒子物理学家们一直在努力寻找更加完善的理论，以便解释这些未解之谜。
总之，粒子物理的标准模型是描述基本粒子和它们之间相互作用的重要理论框架。
它包括了夸克、轻子、介质以及相应的玻色子。
粒子物理学的标准模型基本粒子的组成和相互作用
粒子物理学的标准模型基本粒子的组成和相互作用粒子物理学是研究物质的基本结构和相互作用规律的学科领域。
在粒子物理学中，标准模型是描述基本粒子的一个理论框架，它包含了构成物质的基础组成部分以及它们之间的相互作用。
一、基本粒子的组成标准模型认为，物质的基本组成部分可以通过基本粒子来描述。
基本粒子是构成一切物质的最基本单位，它们可以分为两类：费米子和玻色子。
1. 费米子费米子是一类具有半整数自旋的基本粒子。
在标准模型中，费米子被分为两类：夸克和轻子。
夸克是构成强子（如质子、中子等）的基本组成部分，它们分为六种：上夸克、下夸克、顶夸克、底夸克、粲夸克和奇夸克。
夸克具有电荷和颜色等量子数，它们之间通过强相互作用相互结合形成强子。
轻子是费米子的另一类，它们包括了电子、电子中微子、μ子、τ子以及它们各自的中微子。
轻子除了电子具有电荷外，其他轻子都是带有中微子的，它们通过弱相互作用来相互结合。
2. 玻色子玻色子是具有整数自旋的基本粒子。
标准模型中描述了四种基本相互作用，每一种相互作用都有对应的介质粒子。
强相互作用通过八种胶玻色子（色荷相互作用介质）来传递。
弱相互作用通过W玻色子和Z玻色子（中微子相互作用介质）来传递。
电磁相互作用通过光子来传递。
引力相互作用由引力子来传递。
二、基本粒子的相互作用标准模型中的基本粒子之间存在着多种相互作用。
1. 强相互作用强相互作用是夸克之间的相互作用，通过胶子的交换来传递。
强相互作用在原子核内起到了重要的作用，使得夸克能够结合成为强子。
2. 弱相互作用弱相互作用是轻子之间的相互作用，通过W玻色子和Z玻色子的交换来传递。
弱相互作用包括了β衰变和中微子的产生和衰变等现象。
3. 电磁相互作用电磁相互作用是电荷粒子之间的相互作用，通过光子的交换来传递。
电磁相互作用是我们日常生活中最为熟悉的相互作用，它决定了物质的电荷、电磁波的传播等现象。
4. 引力相互作用引力相互作用是质量以及能量之间的相互作用，通过引力子的交换来传递。
粒子物理学中的标准模型和暗物质
粒子物理学中的标准模型和暗物质粒子物理学是研究微观世界基本粒子及其相互作用的一门学科。
在这个领域中，标准模型是最为重要的理论框架之一，它被广泛认为是描绘粒子物理学现象的基础。
同时，伴随着暗物质的发现，物理学家们也在探索新的理论框架，以更好地解释它们在宇宙中的作用。
一、标准模型标准模型是一个理论框架，描述了包括夸克、轻子、玻色子和自旋对称性在内的大部分现有基本粒子及其相互作用。
通过三种基本相互作用（弱相互作用、电磁相互作用和强相互作用），标准模型成功地解释了包括希格斯粒子、夸克和轻子质量、中微子震荡等粒子物理学现象。
标准模型中的物质粒子分为两类：夸克和轻子。
夸克是构成基本粒子中的最基本构建块，它们由六种不同的品味组成：上、下、奇、魅、顶和底。
轻子是电子、μ子和τ子三种带电粒子以及与之相对应的三种中性粒子，即中微子。
它们的质量为不同的能量等级提供了很大的灵活性，使得它们能在不同的粒子物理学过程中起到不同的作用。
这些物质粒子之间的相互作用中弱相互作用是相对较弱的，电磁相互作用是较强的，而强相互作用则是最强的。
希格斯粒子是标准模型的重要组成部分，它是标准模型在1990年代初预测的一种粒子。
通过希格斯场的存在，希格斯粒子给了粒子质量，并解释了为什么夸克和轻子具有不同的质量。
在2012年，过去的预测被希格斯粒子的观测证实了。
而这也使得抵消希格斯粒子对实验的期望迈出了一步。
二、暗物质暗物质是一种物质形式，其存在在宇宙中是通过引力对物体进行影响而被推导出来的。
在展开对宇宙学现象的探究中，暗物质作为一个研究领域得到了根本颠覆，因为发现它所产生出来的重力作用无法通过标准模型中的任何现有基本粒子来解释。
随着宇宙学的研究越来越深入，人们从多种角度考虑了暗物质的特性。
由于暗物质不与电磁波有相互作用，所以目前尚未能够直接探测到。
但是，在红移和大规模结构的观测中，它的存在却可以得到间接证明，使得暗物质的研究成为粒子物理学和宇宙学中的重要研究领域之一。
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旨在研究宇宙中构成物质的最基本单元——粒子。
在这个领域中，标准模型被广泛应用，为我们解释了物质的组成以及粒子之间的相互作用。
本文将介绍标准模型的基本原理、粒子分类以及对理解宇宙的重要性。
一、标准模型的基本原理标准模型是描述粒子物理学的基本理论框架，它由四个基本相互作用和三代基本粒子组成。
四种基本相互作用分别是电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用和引力相互作用。
这些相互作用以不同的方式影响粒子之间的运动和转换。
标准模型还包括了基本粒子的分类，主要分为费米子和玻色子。
费米子具有半整数自旋，包括夸克和轻子两类；而玻色子具有整数自旋，包括光子、W和Z玻色子、胶子以及希格斯玻色子。
二、粒子分类1. 夸克夸克是构成质子和中子等重子的基本组成元素。
标准模型中包含了六种夸克：上夸克、下夸克、粲夸克、顶夸克、底夸克和魅夸克。
夸克之间通过强相互作用力保持在一起，并通过交换胶子进行相互作用。
2. 轻子轻子包括了电子、中微子和它们的带电粒子家族——μ子和τ子。
电子是一种带负电荷的基本粒子，是构成原子的基本组成元素。
而中微子则是没有电荷与质量极小的粒子。
轻子之间通过弱相互作用进行相互作用。
3. 玻色子玻色子是负责传递基本相互作用的粒子。
其中，光子是电磁相互作用的传递者，而W和Z玻色子则介导弱相互作用。
胶子是介导强相互作用的粒子，它们使得夸克之间产生强力的相互作用。
希格斯玻色子是赋予粒子质量的关键粒子。
三、标准模型对理解宇宙的重要性标准模型是理解宇宙的基础，它帮助科学家解释了原子、分子以及宏观物质的性质。
通过研究标准模型，我们能够深入了解粒子之间的相互作用和力的本质。
此外，标准模型还为科学家提供了一种框架，用于理解宇宙的演化和发展。
通过模型中描述的粒子相互作用规律，我们可以推断出早期宇宙的状态，并对宇宙大爆炸的发生机制有更深入的了解。
然而，标准模型仍然存在一些问题和挑战。
例如，它不能解释引力相互作用，并无法解释暗物质和暗能量等未解之谜。
粒子的标准模型
粒子的标准模型粒子的标准模型是物理学中对基本粒子及其相互作用的理论框架，它对我们理解物质的基本结构和相互作用提供了重要的线索。
标准模型的基本构成包括了夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子等粒子，通过这些粒子的相互作用，我们可以解释和预测物质的性质和现象。
首先，我们来介绍一下标准模型中的基本粒子。
夸克是构成质子和中子等强子的基本粒子，它们有六种不同的味道，上夸克、下夸克、粲夸克、顶夸克、奇异夸克和底夸克。
轻子是另一类基本粒子，包括了电子、μ子、τ子和对应的中微子。
规范玻色子是传递基本相互作用力的粒子，包括了光子、W和Z玻色子以及胶子。
最后，希格斯玻色子是标准模型中最后一个被发现的粒子，它的存在解释了其他粒子的质量来源。
标准模型中的粒子相互作用通过不同的相互作用力来实现。
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，强相互作用由胶子传递。
这些相互作用力决定了粒子在空间中的运动和相互作用方式，从而决定了物质的性质和行为。
除了基本粒子和相互作用力外，标准模型还包括了希格斯场。
希格斯场是一种负责赋予粒子质量的场，希格斯玻色子是其量子激发态。
希格斯场的存在解释了为什么夸克和轻子等基本粒子具有质量，同时也为标准模型的一致性提供了重要支持。
标准模型是目前我们对物质世界的最好描述，它成功解释了几乎所有实验观测到的粒子现象，包括了强相互作用、电弱统一等重要理论。
然而，标准模型也存在一些问题，比如无法解释暗物质、暗能量、引力等重要问题，这些问题需要超出标准模型的新物理来解释。
总的来说，粒子的标准模型是我们理解物质世界的基础，它提供了对基本粒子及其相互作用的深刻理解。
通过不断地实验验证和理论推演，我们相信标准模型将会帮助我们揭示更多关于宇宙和物质本质的奥秘，同时也会引导我们寻找超出标准模型的新物理，从而更全面地认识宇宙的奥秘。
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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
上、 下 粲、 奇异 顶ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 底
2
c
ντ
0 1
t
3 2/3
−1 / 3 s 3
b −1 / 3 3
3
二、 基本相互作用
力的种类 媒介子 力源 相对强度 力程 参与作用 的粒子 引力相互 作用 引力子 质量 10﹣39 弱相互作 用
7
1
一、三代费米子 (three generations of fermions)
这三代费米子自旋皆为 1/2 ，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。中微子静质量接近于 零，μ子和τ子的静质量分别是电子的206.7683倍和3477.7倍。
粒 子 第一代 第二代 第三代
中间玻色子 (W+, W- , Z0 )
电磁相互 作用 γ 光子 电荷 10﹣2
强相互作 用 胶子 色荷 1
1.413×10﹣15 m
弱荷 10﹣9
2.46×10﹣18 m 强子, 夸克, 轻子
∞
所有粒子
∞
强子, 夸克, 带电轻子
夸克
4
三、 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。
6
但由于对称性的破缺，只有一种媒介子(γ光子)保持了零 质量，而其它三种获得了巨大的质量。致使对称性破缺的 机制称为希格斯(Higgs)机制。所以理论上确信，必定还存 在一种被称为希格斯粒子的粒子。 2013年3月14日，欧洲核子研究组织发布新闻，探测到了 希格斯玻色子。2013年10月8日，比利时理论物理学家弗朗 索瓦·恩格勒和英国理论物理学家彼得·希格斯因希格斯玻色 子的理论预言获得诺贝尔物理学奖。 传递引力相互作用的媒介子是引力子 g ，是引力场量 子，它是自旋为 2 的零质量粒子。引力子是理论上被预言 而在实验中尚未得到存在的直接证据。