弱力衰变:粒子的身份危机
在上一篇文章中谈到了弱力只与特定自旋的粒子相互作用。在这篇文章中,我想谈谈粒子通过弱力衰变的方式。 在量子世界中存在三种已知的力, 它们是强力、弱力和电磁力。每种力都由一个或多个称为玻色子的粒子传递。 对于强力,这个粒子就是胶子;对于弱力,它们是W和Z玻色子;对于电磁力,它是光子。因此,让我们看看当一个粒子发射另一个粒子时会发生什么。 如果一个顶夸克发射一个光子,它会继续作为一个顶夸克,粒子在发射期间不会改变其身份。在电磁相互作用之前和之后,粒子是相同的。现在让我们看看在强相互作用过程中会发生什么。同一个顶夸克可能会放出一个胶子,并继续作为顶夸克。因为胶子带有色荷,所以顶夸克会改变颜色,比如从红色变为蓝色。这里的关键点在于,胶子发射前后的粒子是同一个粒子。 接着,让我们看看当发生由弱力控制的粒子发射时会发生什么?传递弱力的粒子有两种:W和Z玻色子。先看看发射Z玻色子的情况,当顶夸克发射 Z 玻色子时,它仍然是顶夸克。但是当顶夸克发射出一个W粒子时,会发生一些非常不同的事情。在发射之前,我们有一个顶夸克,在发射之后,我们看到一个底夸克和一个W玻色子。 弱力改变了粒子的身份,这种行为是弱力所独有的。除了顶夸克之外,底夸克也可以发射 W 玻色子并形成粲夸克,粲夸克可以发射W玻色子并形成奇夸克或下夸克。在轻子方面,τ轻子可以发射W玻色子并产生τ中微子;μ子通过发射W玻色子并产生μ子中微子。 夸克和轻子可以通过多种方式改变它们的味道,但只有当涉及到弱力并且只有发射W玻色子时才会发生。那么,为什么只有与W玻色子的相互作用才能改变味道?为什么Z玻色子就不行呢? 让我们探讨一下。 Z玻色子的电荷为零,这意味着当它被发射时,发射粒子不能改变其电荷。顶夸克、粲夸克和上夸克都具有相同的电荷,具体来说是2/3,而底夸克、奇夸克和下夸克也都具有相同的电荷,这次电荷为-1/3。三个轻子τ、μ子和电子都带有-1的电荷。 前面说过顶夸克发射Z玻色子并保持其味道是可以的,这对所有其他粒子也是如此。但是对于像顶夸克发射Z玻色子并变成粲夸克这样的情况,好像也没有违反什么定律,这似乎是可能的。 科学家们为此起了个名字,称之为味道改变中性流(FCNC),因为粒子身份改变了但电荷不变。 那么FCNC是否被观察到?并没有,1970年,Sheldon Glashow、John Illiopolous和Luciano Maiani 能够证明,如果夸克成对出现(一个电荷为 2/3,另一个电荷为-1/3),味道改变中性流是被禁止的。 由于在标准模型中基本上不可能出现改变味道的中性流,因此有一些科学家一直在寻找它们。如果观察到它们,那就是发现超出标准模型的新事物。不幸的是,到目前为止,还没有足够的运气发现它们。 |
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地球每26秒就震动一次,已经持续62年,仍属于未解之谜
在材料技术没有大突破之前,人类其实是没能力对地球内部进行探索的,地球内部的未解之谜也将长期停留在未解之谜阶段。
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原子“呼吸”的声音:一种新型的量子光源
科学家们已经找到了一种方法来检测原子“即两个原子层之间的机械振荡,这种原子。呼吸“的声音可以帮助研究人员编码和传递量子数据”量子光源是一种能够发射单个光子的器件。它们在量子信息科学和技术中有着重要的应用,例如。单个光子可以用来携带和传输量子比特,也就是量子计算机中的基本信息单位,为了实现高效和可靠的量子通信和计算。我们需要能够精确地控制和利用量子光源中的不同物理效应,最近发表在《自然。