太阳毁灭之世界末日-第131章 质子和中子
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    月净威,哈佛大学科学家,道:“分类。有两种弱相互作用,一种是有轻子(电子e,中微子ν,μ子以及它们的反粒子)参与的反应,如β衰变,正β衰变,μ子的衰变以及π介子的衰变等;另一种是Κ介子和∧超子的衰变。这两种弱相互作用的强度相同,都比强相互作用弱10^12倍,相互作用时间约为10^(-6)~10^(-8)s 。”

    精星灵,曰:“弱相互作用实例。”

    月净威,哈佛大学科学家,道:“质子和中子能够通过以下弱相互作用过程互化:1.质子+电子=(可逆)中子+电子中微子2.质子+反电子中微子=(可逆)中子+正电子。”

    精星灵,曰:“W及Z玻色子。在物理学中,W 及 Z 玻色子是负责传递弱核力的基本粒子。它们于 1983年在欧洲原子能研究中心(CERN)被发现的。是次发现被认为是粒子物理中的标准模型的一大胜利。”

    月净威,哈佛大学科学家,道:“作用负责传递弱核力。”

    精星灵,曰:“发现时间1983年。”

    月净威,哈佛大学科学家,道:“概述。”

    W 玻色子是因弱核力的“弱”(Weak)字而命名的。而 Z 玻色子则半幽默地因是“最后一个要发现的粒子”而名。

    另一个说法是因 Z 玻色子有零(Zero)电荷而得名。W 玻色子有两种,分别有+1(W+)和-1(W-)单位电荷。W+是 W-的反粒子。而 Z 玻色子(Z0)则为电中性的,且为自身的反粒子。

    这三种粒子皆十分短命,其半衰期约为秒。这些玻色子在各种基本粒子之中属重型的一类。W 的质量为 80.4 GeV,而 Z 则为 91.2 GeV。它们差不多是质子质量的一百倍——比铁原子还要重。玻色子的质量是十分重要的,因其限制了弱核力的相用范围。

    相对地,电磁力的相用范围无限远因为光子无质量。

    精星灵,曰:“预测。于1950年代量子电动力学的空前成功后,科学家希望为弱核力建立相似的理论。于1968年,这个论调在统一电磁力和弱核力后达到高潮。提出弱电统一的 Sheldon Glashow、Steven Weinberg 和 Abdus Salam 因此得到 1979年的诺贝尔物理学奖(见)。他们的弱电理论不止假设了 W 玻色子的存在来解释β衰变,还预测有一种未被发现的 Z 玻色子。W 和 Z 玻色子有质量,而光子却没有——这是弱电理论发展的一大障碍。这些粒子现时以一个 SU(2)规范理论(Gauge theory)来精确描述,但理论中玻色子必定无质量。譬如,光子无质量是因为电磁力能以一个 U(1)规范理论解释。某些机制必须破坏 SU(2)的对称来给予 W 和 Z 玻色子的质量。其中一个解释是由彼得.希格斯于1960年代晚期提出的希格斯机制。它预言了一种尚未发现的新粒子——希格斯玻色子。SU(2)测量仪理论、电磁力和希格斯机制三者的组合称为 Glashow-Weinberg-Salam 模型。它是广泛接受为标准模型的一大支柱。至 2003年为止,标准模型唯一未被实验证实的预言只有希格斯玻色子。”

    月净威,哈佛大学科学家,道:“发现。W 和 Z 粒子的发现是 CERN 引以自豪的。首先,于 1973年,弱电理论预言了中性流作用;那时 Gargamelle 的气泡室摄得一些电子突然自行移动的轨迹。这些被诠释为中微子通过交换隠形的 Z 玻色子与电子互相作用。因中微子是测不到的,故只有电子的动量改变可测。以 W 和 Z 粒子要到一强劲的粒子加速器建立后才正式被发现。第一部这样的加速器是超级质子同步加速器(SPS),其中 Carlo Rubbia 和 Simon van der Meer 在1983年一月进行的一连串实验给出了明显的 W 粒子证据。”

    这些实验称作“UA1”(由 Rubbia 主导)和“UA2”,且实为很多人努力的成果。Van der Meer 是负责加速器(随机冷却)的。

    UA1 和 UA2 在几个月后(1983 年五月)找到 Z 粒子。Rubbia 和 van der Meer 因而得到 1984年的诺贝尔物理学奖(见)。这算是保守的诺贝尔奖成立以来最异常的一步。

    精星灵,曰:“引力相互作用。自然界的四种基本相互作用之一。简称引力作用。所有具有质量的物体之间的相互作用,表现为吸引力。规律是万有引力定律,更为精确的理论是广义相对论。在4种基本相互作用中最弱,远小于强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用,在微观现象的研究中通常可不予考虑,然而在天体物理研究中起决定性作用。按照近代物理的观点,引力作用是通过场(质点造成的时空弯曲)或通过交换场的量子实现的,引力场的量子称为引力子。”

    月净威,哈佛大学科学家,道:“具有质量的物体之间的相互作用。”

    精星灵,曰:“简介。所有具有质量的物体之间的相互作用,表现为吸引力,是一种长程力,力程为无穷大。其规律是万有引力定律,更为精确的理论是广义相对论。在4种基本相互作用中最弱,远小于强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用,在微观现象的研究中通常可不予考虑,然而在天体物理研究中起决定性作用。按照近代物理的观点,引力作用是通过场(质点造成的时空弯曲)或通过交换场的量子实现的,引力场的量子称为引力子。重力相互作用,简称重力或引力,是四个基本相互作用中最弱的,但是同时又是作用范围最大的(不会如电磁力一般相互抵销)。但当距离增大,重力相互作用的影响力就会递减。不像其他的相互作用,重力可以广泛地作用于所有的物质。由于其广泛的作用范围,当物质质量为极大,物质有关的属性以及与物质的带电量有时可以相对地忽略。”

    月净威,哈佛大学科学家,道:“现象。而由于其广泛的作用范围,引力可以解释一些大范围的天文现象,比如:银河系、黑洞和宇宙膨胀;以及基本天文现象例如:行星的公转;还有一些生活常识例如物体下落、很重的物体好像被固定在地上、人不能跳得太高等。”

    精星灵,曰:“引力。万有引力是第一种被数学理论描述的相互作用。在古代,亚里士多德建立了具有不同质量的物体是以不同的速度下落的理论。到了科学革命时期,伽利略·伽利莱用试验推翻了这个理论——如果忽略空气阻力,那么所有的物体都会以相同的速度落向地面。艾萨克·牛顿发现地心引力,进而引伸出万有引力定律(1687年),是一个用来描述通常重力行为非常好的近例。在1915年,阿尔伯特·爱因斯坦完成了广义相对论,将重力用一种更精确的方式描述——时空几何,并指出引力是空间与时间弯曲的一种影响。一个活跃的领域正致力于用一个使用范围更广的理论来统一广义相对论和量子力学——大统一理论。在量子力学中,一个在量子引力理论中设想的粒子——引力子被广泛地认为是一个传递引力的粒子。引力子仍是假想粒子,还没有被观测到。尽管广义相对论在非量子力学限制的情况下较精确地描述了引力,但是仍有不少描述万有引力的替代理论。这些在物理学界严格审视下的理论都是为了减少一些广义相对论的局限性,而观测工作的焦点就是确定什么理论修正广义相对论的局限性是可能的。”

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