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【名图】标准模型(Standard Model)

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看到相对论吧目前还未收录,我就帮贴一下,贡献给相对论吧。
这张图实际上在国外非常有名,一般各大学物理系,粒子物理专业的各办公室一般都会悬挂,犹如粒子物理这个国度的国旗一般。当然,目前研究的热点是寻找标准模型中最关键的一个粒子-黑格斯Higgs粒子,和超越标准模型(beyond standard model)。
图片的清晰度被万恶的百度自动压缩,好在还是能够看清楚关键的词汇。里面的英文我将逐步翻译。


IP属地:德国1楼2009-09-03 09:24回复
    下面我来翻译一些东西。有个别地方为方便吧友阅读,我可能略略增加一点解释。
    图片标题:
    基本粒子和基本相互作用的标准模型。
    标题下的题记:
    标准模型总结了人们对粒子物理当前的了解。标准模型使用量子场论的语言,描写了自然界(四种基本相互作用之三种):强相互作用(也叫量子色动力学,QCD),统一了的电弱相互作用(包括电磁和弱相互作用)。当然,图中我们包含了第四种相互作用-引力,作为自然界最基本相互作用之一,尽管标准模型并不包含引力的内容。


    IP属地:德国2楼2009-09-03 09:30
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      2025-08-22 08:06:12
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      中间的圆代表原子的结构。
      顺时针方向依次是: 
      2点钟位置:电子electron, e-, 尺寸小于10^(-18)m
      4点钟位置:中子neutron, n, 箭头指向udd(代表三个夸克),尺寸约为10^(-15)m
      4点钟位置:质子proton,p,箭头指向uud,尺寸约为10^(-15)m
      8点钟位置:原子atom,尺寸约为10^(-10)m
      10点钟位置:原子核nucleus,尺寸约为10^(-14)m
      11点钟位置:夸克,quark,尺寸小于10^(-19)m
      他们的相对大小,如果质子和中子在现实生活中为半径10厘米大小的球,那么夸克和电子将是小于0.1毫米的“小点”,而整个原子将大到半径10公里。


      IP属地:德国3楼2009-09-03 09:38
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        左上角的表格:费米子(Fermions)-物质的组成部分。
        定义费米子的特征是,费米子具有半整数的自旋(spin),如1/2,3/2,5/2,...
        两张表,左和右依次是轻子lepton 和夸克quark,它们的自旋都为1/2.
        轻子和夸克各有三代(generations),六种味(flavor)(和日常生活中的味道却无关系),依次在表格中由上而下排列。
        左侧表格中的轻子:
        ν代表中微子,(希腊字母niu),角标中的e,μ,τ分别代表电子中微子,μ子中微子和τ子中微子。而e,μ,τ就代表三种轻子。
        它们的质量列于两个表格的中间一列,Mass(GeV/c^2),在粒子物理中,GeV是更为常用的单位。根据爱因斯坦的E=mc^2关系,把质量按照E/c^2的习惯书写,其中GeV= 10^9电子伏,相当于1.6×10^-10 焦耳。它们的电荷列于表格右列,注意夸克具有分数电荷。
        表格下面的解释:
        自旋(spin):自旋是粒子的一种内禀属性,具有角动量的单位(但实际上是一种纯粹的量子效应,尚不能等同于经典意义下粒子自身旋转带来的角动量)。自旋的单位便是hbar,(hbar=h/2π),h是普朗克常量6.63×10^(-34)J.s (焦耳 秒),π是圆周率。
        电荷(electric charge)使用的单位为质子的电量。标准单位制(SI)下,为1.6×10^(-19)库仑。(实际上更常用的是高斯单位制)
        能量(energy):关于单位GeV/c^2我在上面解释过了:)


        IP属地:德国4楼2009-09-03 09:53
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          丽雅公主的沙发是我的...XD


          5楼2009-09-03 09:58
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            下面是右上角的表格:玻色子(bosons)-力的携带者。
            定义玻色子的特征是,玻色子具有整数自旋0,1,2,...
            左侧的表格是电弱力。电弱力70年代,由格拉肖 G,温伯格 W,萨拉姆 S 三人(GSW)建立了的统一模型,统一描述电磁相互作用和弱相互作用。
            电弱相互作用有四种玻色子携带,在表格中,从上而下依次为:
            γ, 希腊字母gamma, 就是大名鼎鼎的光子,携带电磁相互作用。
            W+,W-,Z0 均为拉丁字母,携带弱相互作用。
            右侧的表格里:
            胶子(gluon),符号:g,携带强相互作用。
            两个表格中的粒子,全部都是自旋为1的。
            表格下面的解释:
            色荷(color charge): 犹如电磁相互作用的源是电荷,强相互作用的源我们取名为色荷(与日常经验中的颜色倒毫无关系)。每一种夸克,都可以有三种"色",而胶子有八种"色"。而轻子(leptons)没有色荷,相应的光子,W+,W-,Z0也都没有"色",因此不参与强相互作用。
            夸克禁闭(quark confinement)于meson和baryon中(哭,俺不知道这两个词的中文名字)
            人们无法分离出独立的夸克和胶子;它们禁闭于所谓的色中性(类似于电中性)的集团中。这个集团叫做强子(hadrons). 这个禁闭产生于强子各组成部分之间交换胶子而带来的强相互作用的束缚之中。如果你企图把一个带有色荷的粒子(例如一个夸克或者胶子)从这个集团中分离出来,可以证明,它将与这个集团之间可以形成类似于管道一般的强相互作用场,它们之间的束缚力会随距离的增大反而增加,直到这个能量大到足以从周围的真空中激发新的夸克-反夸克对(见下图),而与这个企图分离的夸克形成新的色中性的集团-强子。 在自然中,我们找到两大类这种集团,分别记为 mesons: q qbar 和 baryon: qqq
            剩余的强相互作用residue strong interaction:
            尽管质子和中子本身总体呈色中性,由强相互作用牢牢束缚住,但它们之间,也可以发生强相互作用,因为它们内部的组成部分都含有色荷。这好比整体呈电中性的原子之间也可以有电磁相互作用一样。这个相互作用,也可以被看作是各大强子集团之间交换mesons.
            休息一会,一会去翻译下半部分的图。


            IP属地:德国6楼2009-09-03 10:29
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              左下的表格列出了一些常见的baryons和反baryons,它们分别包含三个夸克或三个反夸克。baryons都是费米子。实际上,大约有120种的baryon.
              右下的表格列出了一些常见的mesons,它们的特征是包含一个夸克和一个反夸克。mesons是玻色子. (baryons 和 mesons 统称 hadrons)。实际上,大约有140种mesons.
              左下角的解释:
              物质和反物质
              实际上,标准模型中的每一种粒子都伴随着一个反粒子,符号上,我们用一个bar写在相应字母的头上。反粒子具有相同的质量,相同的自旋,相反的电荷(某些中性粒子的反粒子可以是它们自身,如Z0粒子,光子等)。
              最左下角的段落是解释图底部的三张小图的,容我一会儿解释和翻译。


              IP属地:德国7楼2009-09-03 10:48
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                下面是中下方的长扁表格:
                四种相互作用的性质
                从左到右依次是:引力gravitational,弱力weak,电磁力electromagnetic(统称电弱力),强力strong,(下分为基本fundamental 和 剩余residue,在6楼下半部分有解释)。
                表格从上而下:
                第二行表示,这些相互作用(也包括在理论的数学形式里)作用在什么东西上:引力作用于一切有质量能量的东西上,弱力作用于"味"(flavor)上,电磁力作用在电荷上,强力作用在色荷上,而剩余强力发生在强子之间。
                第三行表示,什么粒子受到该相互作用。一切粒子均受引力相互作用,夸克和轻子参与弱相互作用,带有电荷的粒子参与电磁相互作用,夸克和胶子参与强相互作用,而强子之间有剩余的强相互作用。
                第四行表示,这些相互作用的携带者(主持者):
                引力:引力子graviton (尚未被直接观测,但近几年有望),
                弱相互作用:W+,W-,Z0玻色子
                电磁力:光子photon
                强相互作用:胶子gluon
                第五大行中的前两小行:
                四种相互作用的相对强度,(把电磁相互作用记做1),例子分别是两个u夸克间隔10^-18米和3×10^-17米
                最后一小行:
                四种相互作用的相对强度,(把电磁相互作用记做1),例子是核子nucleon中的两个质子proton.
                注意,剩余的强相互作用只发生于强子之间,所以对两个质子适用,而对两个夸克之间则不适用。


                IP属地:德国8楼2009-09-03 11:16
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                  2025-08-22 08:00:12
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                  最后,是最下方的三张图(和左侧的解释)
                  最下方的三张图实际上是三个例子,用于粒子散射(衰变)。这三张图是艺术化了的,并不对应于严格的物理概念。其中,核子中蓝色的云表示“胶子场”。(实际上核子的内部结构的描述很复杂)。
                  第一张图:自由中子的beta衰变。
                  中子中的一个d夸克放出一个W-玻色子,变成d夸克(弱相互作用,作用在夸克的"味"上,放出W-后夸克改变"味")而uud正是一个质子。W-粒子(严格地说是量子场论中所说的虚粒子,因为是中间过程我们无法观测到其存在)很快衰变成一个电子和一个反电子中微子出射,可以被我们观测到。
                  第二张图:高能电子和正电子对湮灭成正反两个B0 meson
                  湮灭过程中,中间的那个虚粒子可以是光子(电磁相互作用)也可以是Z0玻色子(弱相互作用),出射的产物是两个B0 meson(参见meson表格)。注:正负电子对湮灭后的出射产物,可以是极多种类的粒子,其几率(散射截面)由理论可以计算。这个图给出了其中的一个例子。(北京目前有正负电子对撞机:)
                  第三张图:两个高能质子对撞,产生两个Z0玻色子和其他各种强子束。本图的例子是,对撞中间发生强相互作用(交换胶子)。本图这个例子在强子对撞中很稀有,但可以提供强子结构的重要线索。
                  注:两质子对撞产物也极其复杂。 (目前被炒得火热的大型强子对撞机LHC就可以应用两个质子对撞,据说马上会开机:)
                  右下角列举了一些网站,估计百度又要审核,就不写了。
                  大概的翻译和解释就完了。我也是新学,其中错误请吧友指正。有兴趣,有问题的吧友可以在楼下跟贴讨论:)
                  丽雅


                  IP属地:德国9楼2009-09-03 11:32
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                    meson是介子;
                    baryon查了下是“重子”,不过对这个没什么了解...
                    hardon就是“强子”了,LHC的H就是这个单词。
                    本吧粒子物理资料比较少,学习中...
                    PS:这图哪里能搞到?打算弄张贴在办公桌前装点门面...


                    10楼2009-09-03 12:54
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                      我试验一下,看看从原网址能否直接引用


                      IP属地:德国12楼2009-09-03 13:18
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                        原来meson是大名鼎鼎的介子,呵呵。
                        Schrodinger我楼上这个图你可以打印,赶快保存,要不百度又会压缩了。


                        IP属地:德国13楼2009-09-03 13:19
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                          保存下来了~thx~


                          14楼2009-09-03 13:21
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                            提供一个网址:
                            http://pdg.lbl.gov/
                            粒子物理有空还是想学学的...可是不知道哪年哪月才能有空~还是看点科普算了~~


                            15楼2009-09-04 01:44
                            回复
                              2025-08-22 07:54:12
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                              请问以上标准模型是猜想还是实验结果?


                              16楼2009-09-04 01:58
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