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第131章质子和中子(第1/2页)

    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80.4GeV,而Z则为91.2GeV。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SheldonGlashow、StevenWeinberg和AbdusSalam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(Gaugetheory)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
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