标准模型的拉格朗日量(T.D.Gutierrez)
1.这个部分是用来描述标准模型中的胶子,也就是传递强核力的玻色子。胶子共有八种,并且具有“色荷”的性质,因此它们之间可以相互作用。
2.大概一半的方程是用来解释玻色子之间的相互作用的,特别是W和Z玻色子。
玻色子帮助其它粒子“交流”,这种交流我们称之为力。三种基本相互作用力中有四种玻色子分别跟其它粒子作用。当两个电子相互排斥时,它们交换光子,这种交换我们称为电磁力。因为光子是没有质量的,所以他们的传播距离可以很长。除了电磁力,还有其它的玻色子用来传递其它的力,无质量的胶子传递强核力,以及重W和Z玻色子传递弱核力。前几年刚发现的上帝粒子——希格斯玻色子,有点不同;它的相互作用会出现在方程的下一部分。值得一提的是,W玻色子带有电荷,因此它们可以跟光子相互交流。
3.这个部分的方程描述了基本物质粒子与弱核力之间是如何作用的。根据该公式,物质粒子共分为三代,每一代都有不同的质量。弱核力帮助那些质量较大的粒子衰变为质量较小的粒子。
这部分也包括了与希格斯场的基本作用,也就是一些基本粒子获得质量的来源。
有趣的是,这部分方程的其中一个假设与物理学家近年的发现相悖。它错误的假设中微子是没有质量的。而我们在实验中已经探测到中微子具有微末的质量。
4.在量子力学中,粒子的运动路径并不是单一的,也就是说有时候在这一类型的数学方程中会出现“冗余”。为了消除这些冗余,理论学家经常利用虚粒子,他们称之为鬼粒子(或鬼场)。
这个部分的方程描述了物质粒子如何与希格斯鬼粒子(希格斯场的虚拟实体)作用。
5.方程的最后一部分包括了更多的鬼粒子,它们叫做法捷耶夫-波波夫鬼粒子,用来抵消发生在弱核力的相互作用时的冗余。
【注】Thomas Gutierrez是从诺贝尔得主Martinus Veltman的《Diagrammatica》一书中推导出这个方程的。他花了将近四个小时的时间才用Latex打写了整个方程。但是他后来发现这个方程中有一处符号错误,不过相信你也不会愿意去找。
1.这个部分是用来描述标准模型中的胶子,也就是传递强核力的玻色子。胶子共有八种,并且具有“色荷”的性质,因此它们之间可以相互作用。
2.大概一半的方程是用来解释玻色子之间的相互作用的,特别是W和Z玻色子。
玻色子帮助其它粒子“交流”,这种交流我们称之为力。三种基本相互作用力中有四种玻色子分别跟其它粒子作用。当两个电子相互排斥时,它们交换光子,这种交换我们称为电磁力。因为光子是没有质量的,所以他们的传播距离可以很长。除了电磁力,还有其它的玻色子用来传递其它的力,无质量的胶子传递强核力,以及重W和Z玻色子传递弱核力。前几年刚发现的上帝粒子——希格斯玻色子,有点不同;它的相互作用会出现在方程的下一部分。值得一提的是,W玻色子带有电荷,因此它们可以跟光子相互交流。
3.这个部分的方程描述了基本物质粒子与弱核力之间是如何作用的。根据该公式,物质粒子共分为三代,每一代都有不同的质量。弱核力帮助那些质量较大的粒子衰变为质量较小的粒子。
这部分也包括了与希格斯场的基本作用,也就是一些基本粒子获得质量的来源。
有趣的是,这部分方程的其中一个假设与物理学家近年的发现相悖。它错误的假设中微子是没有质量的。而我们在实验中已经探测到中微子具有微末的质量。
4.在量子力学中,粒子的运动路径并不是单一的,也就是说有时候在这一类型的数学方程中会出现“冗余”。为了消除这些冗余,理论学家经常利用虚粒子,他们称之为鬼粒子(或鬼场)。
这个部分的方程描述了物质粒子如何与希格斯鬼粒子(希格斯场的虚拟实体)作用。
5.方程的最后一部分包括了更多的鬼粒子,它们叫做法捷耶夫-波波夫鬼粒子,用来抵消发生在弱核力的相互作用时的冗余。
【注】Thomas Gutierrez是从诺贝尔得主Martinus Veltman的《Diagrammatica》一书中推导出这个方程的。他花了将近四个小时的时间才用Latex打写了整个方程。但是他后来发现这个方程中有一处符号错误,不过相信你也不会愿意去找。
杨米尔斯规范场论给出了弱力作用的理论,但是所预言的规范玻色子必须没有质量才满足规范性,可是弱力是短程力,其传递粒子必然有质量。
弱力的发现真的是理论远超实践,根据理论预言了中性流,发现了,预言了三种玻色子W±和Z0,但是质量较大,等对撞机水平跟上后,也发现了。
希格斯机制解决了规范玻色子的质量问题,后来希格斯粒子也发现了,至此标准模型的拼图凑齐。
从原子到夸克——五彩缤纷的《粒子世界》 https://t.cn/A6O7jZWB
弱力的发现真的是理论远超实践,根据理论预言了中性流,发现了,预言了三种玻色子W±和Z0,但是质量较大,等对撞机水平跟上后,也发现了。
希格斯机制解决了规范玻色子的质量问题,后来希格斯粒子也发现了,至此标准模型的拼图凑齐。
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用“弦”的形式,通过不同振动方式,从原始能量中构建出各种基本粒子,包括标准模型中的粒子和不在标准模型中的粒子。此时粒子的质量来源已不再靠希格斯机制,而是统一通过弦的振动来实现。
一维的弦延伸在两张高维的膜之间,由它激发出的粒子的质量和这两张膜之间的距离成正比。也就是说,我们可以通过控制不同膜之间的距离,来产生不同的基本粒子。当需要光子、胶子这样的无质量粒子时,只需要把两张膜贴在一起就好了。
不管是有质量粒子还是无质量粒子,费米子也好玻色子也罢,现在它们都能通过控制“膜间距”的方法用弦来构建了。如此构建物质和能量都没问题了。
但是此时有个bug:我们发现构建出的光子质量不为零!若要修复此bug,则需引入额外的空间维度。
在M理论中,我们的空间需要是10维的,在能够感知的三个可以无限延伸的维度之外,还存在六个有限大小的维度。由这六个有限维度构成出来的空间就是卡拉比-丘空间。
卡拉比-丘空间也叫卡拉比-丘流形,它是一种紧致且不含物质的超对称空间,说人话就是:这是一种有限的空间,它里面即使不存在物质也有引力场。按广义相对论的观点,存在引力场说明应该有物质存在(“物质告诉时空如何弯曲”嘛),严格一点至少也得有能动张量。但在卡拉比-丘空间中,这里的空间本身就是弯曲的,不需要有质量的物质存在,可以说天生自带引力场。
看来弦理论只有在“高维宇宙”中才能自洽,所以我们需要构建一种卡拉比-丘这样的高维空间,只有通过这种高维空间构建出的粒子,才符合我们熟悉的粒子的性质。但是我们所能感知的空间维度只有三维,高维空间具体是个什么样呢?注意:这里的高维空间可不是像《三体》里那种“隔空取物”,更不是时空穿越(因为这里一直在说空间维度,而非时间维度)。卡拉比-丘这种高维空间你可以认为是一种独立的小空间,小到普朗克尺度,和我们宏观的三维空间完全不相关。真实的卡拉比-丘空间应该是种扭曲的形态,而且理论上存在许许多多各种各样的扭曲形态。考虑到我们只是构建一个宇宙,所以不需要构建太多形态。
于是,通过高维的卡拉比-丘流形以及二维膜,我们可以创建出各种基本粒子,然后通过这些基本粒子继续创建各种重子等复合粒子,随后原子、分子以及复杂的物质也可以陆续被创建。
至此,一个和我们的宇宙十分相似的“宇宙”便被构建了出来。哦,好像还少了一个东西……暗能量,不过这个问题到不大。反正我们不是从“大爆炸”开始,没那么多时间等它去慢慢演化,我们就直接构建一个不会加速膨胀、已经足够成熟的“成品”宇宙就好了。虽然构建出的“宇宙”和我们的宇宙很相似,但是假如我们真有构建宇宙的能力,相信你更想尝试构建一个不那么一样的宇宙。毕竟“能力越大,好奇心越大”,都已经能够操控弦了,对宇宙的底层参数改一改调一调相信一定很有意思。
上述文字来源于如图公众号
一维的弦延伸在两张高维的膜之间,由它激发出的粒子的质量和这两张膜之间的距离成正比。也就是说,我们可以通过控制不同膜之间的距离,来产生不同的基本粒子。当需要光子、胶子这样的无质量粒子时,只需要把两张膜贴在一起就好了。
不管是有质量粒子还是无质量粒子,费米子也好玻色子也罢,现在它们都能通过控制“膜间距”的方法用弦来构建了。如此构建物质和能量都没问题了。
但是此时有个bug:我们发现构建出的光子质量不为零!若要修复此bug,则需引入额外的空间维度。
在M理论中,我们的空间需要是10维的,在能够感知的三个可以无限延伸的维度之外,还存在六个有限大小的维度。由这六个有限维度构成出来的空间就是卡拉比-丘空间。
卡拉比-丘空间也叫卡拉比-丘流形,它是一种紧致且不含物质的超对称空间,说人话就是:这是一种有限的空间,它里面即使不存在物质也有引力场。按广义相对论的观点,存在引力场说明应该有物质存在(“物质告诉时空如何弯曲”嘛),严格一点至少也得有能动张量。但在卡拉比-丘空间中,这里的空间本身就是弯曲的,不需要有质量的物质存在,可以说天生自带引力场。
看来弦理论只有在“高维宇宙”中才能自洽,所以我们需要构建一种卡拉比-丘这样的高维空间,只有通过这种高维空间构建出的粒子,才符合我们熟悉的粒子的性质。但是我们所能感知的空间维度只有三维,高维空间具体是个什么样呢?注意:这里的高维空间可不是像《三体》里那种“隔空取物”,更不是时空穿越(因为这里一直在说空间维度,而非时间维度)。卡拉比-丘这种高维空间你可以认为是一种独立的小空间,小到普朗克尺度,和我们宏观的三维空间完全不相关。真实的卡拉比-丘空间应该是种扭曲的形态,而且理论上存在许许多多各种各样的扭曲形态。考虑到我们只是构建一个宇宙,所以不需要构建太多形态。
于是,通过高维的卡拉比-丘流形以及二维膜,我们可以创建出各种基本粒子,然后通过这些基本粒子继续创建各种重子等复合粒子,随后原子、分子以及复杂的物质也可以陆续被创建。
至此,一个和我们的宇宙十分相似的“宇宙”便被构建了出来。哦,好像还少了一个东西……暗能量,不过这个问题到不大。反正我们不是从“大爆炸”开始,没那么多时间等它去慢慢演化,我们就直接构建一个不会加速膨胀、已经足够成熟的“成品”宇宙就好了。虽然构建出的“宇宙”和我们的宇宙很相似,但是假如我们真有构建宇宙的能力,相信你更想尝试构建一个不那么一样的宇宙。毕竟“能力越大,好奇心越大”,都已经能够操控弦了,对宇宙的底层参数改一改调一调相信一定很有意思。
上述文字来源于如图公众号
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