1、18-10 粒子物理的標準模型 標準模型(standard model of particle physics)總結從20世紀60到90年代粒子物理方面的實驗和理論成果，逐漸建立起來的粒子物理體系。 組成物質基本單元是三代費米子(包括輕子和夸克)，它們之間存在著四類基本相互作用(包括強相互作用、弱相互作用、電磁相互作用和引力相互作用)，傳遞基本相互作用的媒介粒子是規范玻色子(膠子、光子、中間玻色子和尚未發現的引力子)，以及描述電弱相互作用的電弱統一理論和描述強相互作用的量子色動力學。 1一、三代費米子 (three generations of fermions) 自旋皆1/2，電荷和色數如表

2、所示。輕子參與弱相互作用或電磁相互作用，不參與強相互作用。中微子靜質量0，子和子的靜質量分別是電子的206.7683倍和3477.7倍。 第三代第二代第一代 夸 克 輕 子粒 子2 引入“代”量子數，將輕子和夸克分為三代，每一代都包括電荷分別為2e/3和-e/3的兩個夸克，一個帶電輕子和一個中微子。每代費米子中，輕子的總電量為-e，夸克的為+e，每一代的總電量為零。 質子和中子分別由夸克uud和夸克udd組成，我們的物質世界是由第一代費米子構成的，第二代和第三代費米子構成的物質只在高能條件下出現。 輕子和夸克尚未發現內部結構，被認為是類點粒子，是組成物質的基本單元。3二、 基本相互作用 夸克強

3、子, 夸克, 帶電輕子強子, 夸克, 輕子所有粒子參與作用的粒子1.41310-15 m 2.4610-18 m 力程1 10-2 10-9 10-39 相對強度色荷 電荷弱荷 質量 力源 膠子 光子中間玻色子(W+, W- , Z0 ) 引力子 媒介子強相互作用 電磁相互作用 弱相互作用 引力相互作用 力的種類 4 (1) 夸克間作用實際是色荷間相互作用，色相互作用才是基本的強相互作用； 夸克模型的成功對強相互作用加深了認識： (2) 色中性核子間的核力作用是基本強相互作用的一種剩余效應，像把電中性原子結合成分子的作用是電子與核間電磁相互作用的剩余效應一樣； (3) 一切強子之間通過介子傳遞

4、的強相互作用都是色相互作用的剩余效應。5 電弱統一理論的成功激勵人們繼續研究和探索“大統一理論”，力圖把電弱相互作用與強相互作用統一起來，并最終把引力相互作用也統一在其中。這是人們期待已久的事。 1967年溫伯格和薩拉姆提出電磁相互作用與弱相互作用統一的規范理論，電磁相互作用和弱相互作用是同一種基本相互作用，即電弱相互作用的兩種表現形式。得到一系列實驗的證實。6三、 規范玻色子 (gauge bosons) 傳遞基本相互作用的媒介粒子統稱規范玻色子。 1 318個 數000質 量2 111自 旋引力相互作用色相互作用傳遞的相互作用引力子g中間玻色子(W ,W -,Z 0 )光子 膠子G粒 子 電弱相互作用7 膠子是傳遞夸克之間色相互作用的媒介粒子，是“色場”的量子。兩個不同色狀態的夸克通過膠子緊密地結合在一起，所以膠子必定是雙色的。 光子 和中間玻色子(W、W-及Z0 )分別是電磁相互作用和弱相互作用的媒介子，在電弱統一理論中，這四種粒子都是電弱作用的場量子，它們都是零質量的粒子。 分析表明，膠子只可能有8種色狀態，所以在上表中標出的膠子的個數為8。 8 但由于對稱性的破缺，只有一種媒介子(光子)保持了零質量，而其它三種獲得了巨大的質量。致使對稱性破缺的機制稱為希格斯(Higgs)機制。 所以理論上確信，必定還存在一種被稱為希格斯粒子的粒子。 傳遞