基本粒子

基本粒子

詳細的講義

守恆律

1. 在基本粒子的世界中，基本粒子可以無中生有，也可以相互淹滅，但過程必須遵守各種守恆律。
2. 質能守恆：能量可以從虛無中化生成一對正反粒子，正反粒子也可以相互淹滅轉為能量。但其過程須遵守質能守恆定率。質能間的轉換比即為 E=mc² 。
3. 電荷(Q)守恆：任何過程電荷總量不變。

物質基本粒子

十二種基本粒子簡單圖示

• 上表諸粒子均有靜質量，參與重力作用。

載力基本粒子

吸力圖示

斥力圖示

粒子				自旋	電荷	質量	作用力
玻色子 整數自旋	規範傳播子	光子(γ)		1	0	0	電磁力
		弱玻色子	W±	1	±1	15.7萬	弱力
			Z	1	0	17.8萬	弱力
		膠子(g)		1	0	0	強力
		引力子(G)		2	0	0	重力
	希格斯粒子(H)			0	0	待測	電弱

基本作用力：力(荷、場、傳播子)

• 電磁力：電荷透過發射或吸收光子產生作用力。
• 弱作用力：夸克透過發射或吸收弱玻色子改變風味(種類)，因為比電磁力弱所以叫弱作用力。
• 強作用力：夸克透過發射或吸收膠子，而束縛在一起。
• 萬有引力：帶質量的粒子透過交換引力子相互產生引力。
• 希格斯機制，帶質量的基本粒子和希格斯粒子間的作用減慢速度。

剩餘的強作用力

質子或中子中的夸克與另一質子或中子中的夸克產生強作用力，克服質子間的排斥力，使原子核不致飛散。

剩餘的電磁作用力

原子中的質子與另一原子中的電子產生的吸力，克服原子間的斥力，使原子可以結合成分子。

質量與重力的區別

1. 質量：希格斯機制，空間中布滿希格斯粒子，明星來了「粉絲希格斯粒子」圍上去，使明星變得前進緩慢，形成「慣性」，這是質量的起源。如果非明星來了，將以光速通過布滿希格斯粒子的空間。
2. 重力：兩個有質量的粒子，可以對拋重力子，形成重力。

主程式

\begin{align} \label{eq:sm} \mathcal{L}_{\text{SM}} &=& \underbrace{ \frac{1}{4} W_{\mu\nu} \cdot W^{\mu\nu} - \frac{1}{4} B_{\mu\nu} B^{\mu\nu} - \frac{1}{4} G^{a}_{\mu\nu} G^{\mu\nu}_{a} }_{\text{规范玻色子的动能和自相互作用}} \\ &+& \underbrace{ L\gamma^{\mu} \left( i\partial_{\mu} - \frac{1}{2}g\tau\cdot W_{\mu}

 - \frac{1}{2} g' Y B_{\mu} \right) L + R\gamma^{\mu} \left( i\partial_{\mu}
 - \frac{1}{2} g' Y B_{\mu} \right) R

}_{\text{费米子动能和弱相互作用}} \\ &+& \underbrace{ \frac{1}{2} \left| \left( i\partial_{\mu} -

 \frac{1}{2} g \tau \cdot W_{\mu} - \frac{1}{2} g' Y B_{\mu} \right) \phi \right|^2
 - V(\phi)}_{\text{\(W^{\pm}\), \(Z\), \(\gamma\), 希格斯子质量和耦合过程}} \\

&+& \underbrace{ g \left( \overline{q} \gamma^{\mu} T_a q \right) G^{a}_{\mu}

  }_{\text{夸克和胶子之间的相互作用}}
  + \underbrace{ \left(G_1 \overline{L} \phi R + G_2 \overline{L} \phi_c R + h.c. \right)

}_{\text{费米子获得质量及与希格斯子的耦合}} \end{align}