學(xué)霸的科幻世界 第五百一十八章 標(biāo)準(zhǔn)模型

龐學(xué)林微微一笑，說道：“惰性中微子！”

沈淵愣了愣，若有所思道：“你的意思是，利用惰性中微子去制造四夸克、五夸克材料？”

龐學(xué)林搖頭道：“老師，你應(yīng)該知道中微子的CP破壞吧？”

沈淵點(diǎn)頭。

龐學(xué)林道：“一直以來，CP破壞相角δCP一直是中微子振蕩研究的關(guān)鍵參數(shù)之一，隨著惰性中微子的發(fā)現(xiàn)，我們已經(jīng)可以精確測(cè)量出中微子振蕩中的CP破壞相角。但要知道，我們?cè)贙介子和B介子的實(shí)驗(yàn)中同樣發(fā)現(xiàn)了CP破壞。在粒子物理學(xué)中，K介子是帶有奇異數(shù)這一量子數(shù)的四種介子的任一種。在夸克模型中，我們知道它們含有一個(gè)奇夸克，及一個(gè)上或下夸克的反夸克，而作為兩種夸克結(jié)合而成的K介子，恰恰可以與三夸克重子結(jié)合，形成五夸克粒子。由于五夸克中存在正反夸克相互抵消的效應(yīng)，因此，這種粒子的存在并不違反標(biāo)準(zhǔn)模型的規(guī)則！”

沈淵睜大了眼睛，過了好一會(huì)兒才開口道：“你的意思是，利用K介子與重子結(jié)合，制造五夸克粒子，而中微子CP破壞相角的精確測(cè)量，將為我們測(cè)量K介子CP破壞相角提供依據(jù)。”

龐學(xué)林笑著說道：“不止于此，惰性中微子的出現(xiàn)，意味著我們對(duì)暗物質(zhì)的研究進(jìn)入了全新的階段。惰性中微子充斥于我們周圍的空間中，對(duì)宇宙星系、物質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成起到了非常重要的作用。但正常情況下，這種作用存在，容易導(dǎo)致一些自由粒子發(fā)生衰變。但是假如我們有辦法屏蔽中微子，那么我們將有很大的可能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制造出五夸克粒子，進(jìn)而再此基礎(chǔ)上合成出全新強(qiáng)相互作用材料！”

沈淵皺眉道：“阿林，按照你所說的，這個(gè)應(yīng)該是超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理理論了吧？”

龐學(xué)林笑著點(diǎn)了點(diǎn)頭：“確切地說，這種新理論，是在標(biāo)準(zhǔn)模型理論地基上建設(shè)起來的新物理大廈。”

沈淵安靜地看著龐學(xué)林，自己這位弟子，野心比自己想象得要大得多。

他很清楚，想要在標(biāo)準(zhǔn)模型基礎(chǔ)上提出新的物理學(xué)框架，難度到底有多大。

說到標(biāo)準(zhǔn)模型，就得從四大基本作用力說起。

自然界有四大基本作用力，分別是：強(qiáng)相互作用力、弱相互作用力、電磁力和萬有引力。

主要區(qū)別簡(jiǎn)單地說有兩點(diǎn)，一個(gè)是作用的對(duì)象不同，一個(gè)是傳遞的方式不同。

引力作用于有質(zhì)量的粒子，注意這個(gè)質(zhì)量不是靜質(zhì)量，而是動(dòng)質(zhì)量，就是EMc2中的M，和能量等價(jià)。也就是說引力可以作用到一切有能量的物質(zhì)，我們宇宙中一切物質(zhì)都是有能量的，所以說引力作用到一切物質(zhì)。

電磁力作用到一切有電荷的粒子，包括電子，夸克，以及它們組成的復(fù)合粒子，還有傳遞弱力的W粒子。

暗物質(zhì)就是因?yàn)闆]有電荷，不參與電磁力，所以不發(fā)光。

強(qiáng)力作用到一切有色荷的粒子，包括夸克和膠子。夸克通過強(qiáng)力組成質(zhì)子和中子，剩余的強(qiáng)力使質(zhì)子和中子組成原子核。膠子雖然是強(qiáng)力的傳遞者，但自身也可以通過強(qiáng)力凝聚一起組成膠子球。

弱力作用到一切有弱同位旋的粒子，導(dǎo)致粒子衰變。

有趣的是弱力是唯一一個(gè)宇稱不守恒的，只有左旋的電子（右旋的正電子），左旋的中微子（右旋的反中微子，如果中微子不是馬約拉納粒子），左旋的夸克之（右旋的反夸克）之間會(huì)產(chǎn)生弱力。

這是四種基本作用力作用對(duì)象不同的區(qū)別，還有一個(gè)區(qū)別就是傳遞方式不同。

引力通過引力子傳遞，盡管量子引力理論一直沒有實(shí)驗(yàn)證實(shí)，但按照該理論，引力子和光子一樣沒有靜質(zhì)量，所以可以作用到無限遠(yuǎn)，按照平方反比定律衰減。

強(qiáng)相互作用力是作用于強(qiáng)子之間的力，是所知四種基本作用力最強(qiáng)的，其作用范圍在1015m范圍內(nèi)。強(qiáng)相互作用克服了電磁力產(chǎn)生的強(qiáng)大排斥力，把質(zhì)子和中子緊緊粘合為原子核。

弱力通過W和Z玻色子傳播，在質(zhì)子尺度上作用強(qiáng)度是電磁力的萬億分之一。弱力符合SU(2)對(duì)稱性。W和Z玻色子都是自旋為1的矢量場(chǎng)。

弱力與電磁力在更高的能量上是統(tǒng)一的，合稱“電弱相互作用”。在較低能量上，因?yàn)閔iggs機(jī)制，W和Z玻色子獲得了靜質(zhì)量，弱力和電磁力分開。

粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的提出，就是為了從本質(zhì)上去詮釋這四大基本作用力的。

在標(biāo)準(zhǔn)模型中，規(guī)范粒子有13種，分別是傳遞強(qiáng)相互作用的媒介——膠子8種，傳遞弱相互作用的媒介——中間玻色子，分為W、W、Z0三種，傳遞電磁作用的媒介——光子一種，以及為了實(shí)現(xiàn)電弱相互作用在低于250Gev的能量范圍內(nèi)分解為電磁相互作用和弱相互作用的特殊粒子——希格斯粒子。

夸克三種，按照不同的味，可以分為上夸克，下夸克；粲夸克，奇異夸克；底夸克，頂夸克，按照不同的色，可以分為紅、綠、藍(lán)三色，夸克有六味，每味三色，再加上各自對(duì)應(yīng)的反粒子，總共36種不同狀態(tài)的夸克。

再加上輕子，電子e，μ子，τ子，以及各自的中微子和它們的反粒子，共十二種。

這就是標(biāo)準(zhǔn)粒子模型中所展現(xiàn)的61種基本粒子。

迄今為止，幾乎所有對(duì)以上三種力的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果都合乎這套理論的預(yù)測(cè)。在標(biāo)準(zhǔn)模型所預(yù)言的61種粒子種，W玻色子、Z玻色子、膠子、頂夸克及魅夸克未被發(fā)現(xiàn)前，標(biāo)準(zhǔn)模型已經(jīng)預(yù)測(cè)到它們的存在，而且對(duì)它們性質(zhì)的估計(jì)非常精確。

然而，盡管標(biāo)準(zhǔn)模型具有強(qiáng)大的預(yù)測(cè)能力，但它未能回答五個(gè)關(guān)鍵問題。

第一個(gè)問題，為什么中微子有質(zhì)量？

標(biāo)準(zhǔn)模型中的三個(gè)粒子是不同類型的中微子。標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)，就像光子一樣，中微子應(yīng)該沒有質(zhì)量。

然而，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這三個(gè)中微子在運(yùn)動(dòng)時(shí)是振蕩的，或者是相互轉(zhuǎn)化的。這一壯舉之所以成為可能，唯一的原因就是中微子具有靜質(zhì)量。

不過這個(gè)問題在惰性中微子發(fā)現(xiàn)以后，已經(jīng)可以得到解答。

第二個(gè)問題便是，什么是暗物質(zhì)？

天文學(xué)家們?cè)谟^測(cè)星系自轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，星系的旋轉(zhuǎn)速度比他們理論上的速度快得多，但按照可見物質(zhì)的引力，這些星系旋轉(zhuǎn)得如此之快，本應(yīng)該把自己撕裂的。

那么唯一的解釋，就是存在一些我們看不見的東西，給了這些星系額外的質(zhì)量，從而產(chǎn)生了引力。

這便是暗物質(zhì)，暗物質(zhì)被認(rèn)為占宇宙物質(zhì)的27，但它不包括在標(biāo)準(zhǔn)模型中。

龐學(xué)林所提出的最新的惰性中微子理論，將會(huì)成為暗物質(zhì)的有力候選者！

第三個(gè)問題，那就是為什么宇宙中有這么多物質(zhì)？

當(dāng)一個(gè)物質(zhì)粒子形成時(shí)——例如，在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的粒子碰撞中，或者在另一個(gè)粒子衰變中——它的反物質(zhì)對(duì)應(yīng)物通常會(huì)伴隨而來。當(dāng)?shù)攘康奈镔|(zhì)和反物質(zhì)粒子相遇時(shí)，它們會(huì)相互湮滅。

科學(xué)家們認(rèn)為，當(dāng)宇宙在大爆炸中形成時(shí)，物質(zhì)和反物質(zhì)應(yīng)該是等量產(chǎn)生的。然而，某種機(jī)制阻止了物質(zhì)和反物質(zhì)以它們通常的方式完全毀滅，我們周圍的宇宙被物質(zhì)所主宰。

標(biāo)準(zhǔn)模型無法解釋這種不平衡。許多不同的實(shí)驗(yàn)正在研究物質(zhì)和反物質(zhì)，以尋找改變天平的線索。

第四個(gè)問題，為什么宇宙膨脹在加速？

在科學(xué)家們能夠測(cè)量宇宙的膨脹之前，他們猜測(cè)宇宙在大爆炸之后迅速開始膨脹，然后隨著時(shí)間的推移，開始變慢。然而，令人震驚的是，實(shí)際觀測(cè)表明，宇宙的膨脹不僅沒有減速，反而還在加速。

天文學(xué)家最新測(cè)量表明，宇宙中的星系正在以每秒45英里的速度遠(yuǎn)離我們。相對(duì)于我們的位置，每增加一個(gè)百萬分之一秒，也就是320萬光年的距離，速度就會(huì)增加一倍。

這一速率被認(rèn)為來自于一種無法解釋的時(shí)空特性——暗能量，它正在把宇宙推開。它被認(rèn)為占宇宙能量的68。

暗能量同樣游離于標(biāo)準(zhǔn)模型之外。

最后一個(gè)問題，是否存在與重力有關(guān)的粒子

標(biāo)準(zhǔn)模型不是用來解釋重力的。這第四種也是最弱的自然力似乎對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型解釋的亞原子相互作用沒有任何影響。

但理論物理學(xué)家認(rèn)為，亞原子粒子引力子可能以光子攜帶電磁力的方式傳輸引力。

假如龐學(xué)林能夠在標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)上提出新的物理學(xué)框架，非但有望解決這五大難題，其在物理學(xué)上的歷史意義，也將絲毫不亞于牛頓、愛因斯坦這兩位神級(jí)人物！