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三分帶你認識費米子和玻色子

曾幾何時,你可能會想:“世間萬物為何會有質量?”漫長時間之河沖刷掉了人們的好奇心,使人們將這個問題轉化為定理,並且對其司空見慣,幾乎沒有人再一次提出這個問題。而今天我們便來正面解決它。

三分帶你認識費米子和玻色子


圖片來源於網路

在之前,我們已經講過量子的分類,而科學家又將量子籠統地分為兩類:費米子與玻色子。(注意:費米子與玻色子是一類量子的總稱,不是單個量子)。

先來說費米子,其定義是自旋不為整數的粒子。什麼是自旋不為整數?舉個例子,電子就是一種費米子,它的自旋為二分之一,將電子想象成下面這個球,從初始狀態向左或向右旋轉,當它旋轉二分之一也就是180度時,便會驚奇的發現它與初始狀態一模一樣。當然現實中,電子因為有量子效應,不可能有固定的大小、形狀、顏色甚至能量,所以這個球只能作為幫助我們理解的模型。

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費米子有質子、中子、夸克,還有電子等。

量子中,除了費米子便是玻色子。玻色子自旋為整數,如光子、介子、W玻色子……它們不像費米子那樣沒什麼用,而是可以傳遞力量。

1. 四大力

自然界有四大力:引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力。四大力中,只有引力沒有發現傳播它的玻色子,其餘的都由玻色子傳播。如電磁力,可以這樣說,宏觀世界中幾乎除了引力便是電磁力。光子便是傳播電磁力的玻色子,其傳播的電磁波便是光。說完引力與電磁力,再來說說弱相互作用力,它主要表現為衰變,也就是放射性元素放出一個粒子從而轉變為另一個元素的過程,即一個不穩定的原子核放出一個粒子,例如中子,變為穩定的原子核。傳播這種力的是W玻色子和Z玻色子。

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弱相互作用力有幾個特點,一是唯一能改變夸克味的方式;二是違反了宇稱守衡定律。先來講講夸克的味,味是夸克的種類,夸克有六味也就是有六個不同的種類:上夸克、下夸克、奇異夸克、頂夸克、粲夸克、底夸克,這是由於它們自旋角度與能量等因素不同所導致出現不同的六味。而衰變可改變其味。再來說說宇稱守恆定律,宇稱守恆定律是物理學界別的重要定律,通俗講就是一個粒子照鏡子,映象中除自旋角度與現實相反之外,其餘的方面(自身所含的能量、種類等)都相同。“照鏡子”這個詞,你如果覺得不夠酷,也可以用專業詞“空間反演”。而只有弱相互作用力能打破這種局面,使宇稱不守衡。在衰變後,粒子各方面都會有一些變化,映象與現實便不再相同。

三分帶你認識費米子和玻色子


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再來說說強相互作用力,它有兩種表現形式:①在一些費米子,如夸克之間;②在核子(中子與質子之間)。強相互作用力由介子傳播。先來說說①,想象有兩個粒子,一根橡皮繩將它倆連線在一起,而這根橡皮繩就是強相互作用力①的表現形式,當兩個粒子離得很近時,橡皮繩沒有受力,所以兩個粒子就可以行動自如,而當兩個粒子離得很遠時,橡皮繩就開始受力,運用自身彈力將兩個粒子拉回來;再來說說②,在中子與質子之間的強相互作用力,而這種力就比①要弱一些,也與①正好相反:兩個粒子離得越近,力便越大,離得越遠,力便越小,這有利於其形成原子核。

下面,我們來回答開頭提出的問題。為什麼會有質量,說實話這個問題近幾年才被解決。這也使得這個“偽惡魔”露出了真面目。為什麼這麼說?想一想,假如我們一直都不知道為什麼會有質量,假如質量只是暫時的,總有一天質量會消失,那樣的話……想都不敢想。

那為何又用“偽”字呢?科學家在對強子高速撞擊產生的結果分析後,發現了一種新粒子,而正是這種粒子產生了質量(這也說明質量是不會輕易變化,所以用“偽”字),它便是有上帝粒子之稱的希格斯粒子。它是一種傳遞質量的玻色子。

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希格斯粒子產生了希格斯效應,賜予萬物質量。希格斯場就像一幫狗仔記者,當不太出名的人經過時,只會有零星幾名記者上前採訪,而當有一位大人物經過時,所有記者都會圍上去。我們將不出名的人換成體積小的物質時,將大人物換成體積大的物質時,這話便成了:當有小體積物質經過希格斯場只有幾個希格斯粒子上前賜予少的質量,而當有體積大的物質經過希格斯場時很多希格斯粒子便會圍上去賜予其很大質量,也說明一個物質為何密度越大質量越重。

分類: 家居
時間: 2021-12-30

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