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本字幕由酷狗AI生成
原来是这样
友情提醒本期节目由于过于高能
没有一定大学物理基础的
你可能会听的云里雾里如果你觉得听不懂
其实也没所谓完全可以跳过这期的正片直接去听彩蛋
反正啊很多部分我也不怎么懂
静静地感受物理之美也是件挺有格调的事情不是吗
欢迎来到原来是这样
各位好
我是徐东大家好
我是水兄上期节目当中呢
夸克是已经闪亮登场啊
但是呢
我们是并没有展开那么看来这一期节目重点就应该落在这种好像有点儿神秘的基本粒子上了啊
对啊
上期节目结束的时候啊
我们提到了夸克对建立新的基本模型是非常的重要
那今天啊
我们就来探讨一下这个问题啊
我想先从粒子的分类开始讲起说到粒子物理啊
我相信很多人是听说过这些粒子的名字啊
像质子电子中子光子啊
强子轻子介子超子对还有什么费米子玻色紫银粒子希格斯子啊
等等等等
那他们究竟是什么意思呢
到底是如何分类的呢
我们慢慢来说啊
人类认识这些例子呢
是有个过程的最早是知道了电子所以才知道这个园子其实还能再分啊
对后来呢
还知道了光子那就是光电效应吗
再往后从原子核里面又区分出了质子和中子
后来发现啊
垫子是很轻的那么质子和中子呢
就要重很多了
并且呢
他们俩质量是差不太多的
所以呢
并称为盒子
那么光子是没有质量的对
这很明显啊
就是像光子电子如果是按轻重的话呢
是可以归在一块儿
然后质子中子这种的好像又可以归为另一块啊诶
这个好像就是在提醒我们了
质量是一种分类的思路a
那么通常呢是从小到大啊
或者说从轻到重
而且所谓的对不对可以分为轻子
介子和子超子啊
那么其实我们上一期也提到过
就是所谓芥子就是介于清子和
粽子啊
就是粽子就是我们讲这个像呃
质子中子这些啊
就是介于这两者之间呢
我们称之为疥子对吧
质子和中子吗
合并称为盒子
那么比他更重的是什么呢
那就叫做超子啊
超重的嘛
对吧
很好理解
但是啊
我们要注意到这些啊
其实都是过去的说法
因为人们逐渐的发现这种简单粗暴的方法
它其实并不合适啊关键呢是没什么意义
你说又不是拳击比赛是吧
干嘛要用质量来区分粒子的质量和咱们宏观物体的质量并不相同
对吧
就是即便是有质量
那也不过是描述粒子的一个最基础的物理量而已
嗯
对啊
其实我们后面也会讲到啊
大家听到我们在描述质量的时候
其实并不是拿传统的质量单位来的
而是用能量单位来描述它的质量的那么用什么方法进行区分显得更合适一些呢
恐怕就要从本质出发
那就是所谓
相互作用力
上期节目我们一不小心啊
其实已经引出了四大相互作用啊
或者说叫四大基本力啊
引力电磁力强相互作用力和弱相互作用力对那么之前呢
其实大家对引力还有电磁力应该是比较熟悉的啊
历史上其实也是这样
那么在质子中子被发现以后呢
又逐渐把原子内的作用力是划分成了两个部分一个呢
是原子核内的强相互作用力一个呢
是原子核外的弱相互作用力
但是呢
他们都是短程B 啊
是被限定在一个范围里的那如此一来啊
就把参与强相互作用的粒子称为强子参与弱相互作用的称为亲子a
大家注意啊
这里的亲子的定义已经和过去完全不一样
哎
这里要强调一下啊
就是青紫
他其实未必清a 确实如此啊
现在已知的青紫啊
是六种啊
分别是
电子muse top 啊
这个mew 和Tong 都是啊
希腊字母的对吧
还有电子中微子缪子中微子套子中微子啊
那通过这个分类大家应该能够看得出啊
这个muse 和套子应该适合电子有着相似的特性的队儿三种中微子则是在粒子衰变的过程当中啊
也就是参与弱相互作用时被发现的
他们有着一定的对应关系
Muse 的质量呢
是电子的207 倍啊
那实际上就是105 .6 L 就是百万电子伏特的意思
有一个单位的负电荷1 /2 自旋
它是1936 年被发现的那套子呢
是1975 年发现的也是一个单位的负电荷1 /2 的紫萱
但是质量却达到了电子的3477 哦
这个可是比质子还要重啊
对muse 中微子呢
是1962 年被发现
而top 中微子需要直到20 00 年才被发现呢
至于他们是如何被发现的啊
那我们在这里就不再赘述
就很坑啊
这个大家其实自己去查阅一下就知道了对呢
1949 年的时候
费米和杨振宁就提出了一个模型认为只有质子和中子及其相应的反粒子是基本粒子呢
其他的墙纸呢
都可以通过
它们的各种组合构造出来各种组合构造出来感觉这个时候好像已经暗示着一些什么
呵呵
那刚开始的时候啊
其实是我们发现的例子并不太多
那这个模型还能够凑合就是根据他们所说的质子中子组合吧
能够拼凑出来一些这个例子强行而且套上能够套上去
但是后来啊强子对撞机里面能量大了之后啊
就发现撞出很多很多奇奇怪怪的例子啊
于是呢
就把他们称之为奇异粒子
于是这套模型啊
就遇到困难了
甚至说出现了盒子质量比戒指质量还要大6 .8 倍的情况哦
这个就其实导致了对吧
应该是对很难解释啊
在当时看来
哎对对对你说这个两个东西中的啊
拼在一块儿就反而轻了
这个就不太合适
那么195 0年的时候
坂田昌一在这个基础上啊
又发展了一下提出质子中子再加一个栏目的超子这个栏目的是大写的这个希腊字母的啊
以及它们的反粒子是构成强子的基本粒子
虽然说这个模型也有一些bug 啊
但是对后人来讲
实际上是提供了一个非常重要的借鉴
于是乎
有一个非常著名的物理学家盖尔曼啊
他参考了坂田模型中的这个所谓的戒指的质量谱也就是把戒指这个来进行一个一个排序啊
叫质量谱
并且借助群论啊
构建了一个所谓八重态模型
哎哟
忽然之间什么群论八重态模型
这马上就高能起来了啊
这个什么东西啊
听上去有点玄乎啊
八重态啊
这个实际上稍微有点复杂
这个我们这么说啊
大家是否记得我们上期节目是提到啊
什么情况下啊
让物理学家们怀疑原子核内部必有蹊跷啊
没有记错的话应该是和质子以及中子的特性有关
哎
没错就是如果
不考虑两者的电性啊
因为一个是带电一个不带电对吧
那其他的性质其实非常的相似
嗯
比如说他们都拥有1 /2 的自旋再比如说这个质量仅相差1 %啊
当然还有其他的这里就不一一列举啊
所以呢就会让人想象他们是不是一对双胞胎啊
而且呢
不仅仅是他们俩
因为在这个实验室里面就是产生了很多的超子啊
这个重量是比较重的
但是呢
他们寿命倒是不太长
就在这些超字当中找到了八个粒子性质非常的相似
因此有理由相信他们是有比较相似的更小的基本粒子组合而成的
所以呢
盖尔曼就试图对他们进行排列
看看能不能找出一定的规律
就是因为构成的这个零件比较类似
所以呢也表现出的一系列相似
四的性质
这是一个推理啊
哎
这么一说就很好理解了
就是所谓的这个八重态理论实际上有点儿像是化学元素周期表可以用来分析粒子的特性
甚至是基于此来预言某些例子就像元素周期表干的那样
哎一点儿都没错
干尔曼啊
她还真的就预言了好多的例子啊
其中比较出名的是什么呢
是欧米伽负超子
也就是带一个单位负电荷的这个欧米伽超值当然要预言
其实不能光说啊
有这个东西
他还必须要拿出证据
或者说是一些相应的这个性质啊
你要罗列出来就像那个我们预测一个新的元素啊
对那么然后你才可以经过实验进行检测
那这种omega 负超子的质量呢
是达到1896 个MV 平均寿命呢
是十的负十次方秒
那实际上相对来讲还是寿命比较长的一种对于例子来说对对对并且呢它存在的三种衰变形式
哎
这些都是他预测到的果不出然啊
1963 年的时候塞米奥斯实验小组就在云室实验当中啊将近10万张照片当中找出了一个
奥米伽超子
这个难度真的不容易啊
不亚于找冥王星啊对对对对那备受鼓舞的盖尔曼在1964 年的时候呢
就提出了一个新的粒子模型啊
盖尔曼其实在上期节目已经登场过
所以这一部分呢
大家应该知道了这个模型就是著名的夸克模型
记住了这个时候还只是一个模型
是刚开始的时候
盖尔曼认为只有三种夸克
分别是上夸克下夸克和奇异夸克啊
当时是叫奇异夸克
他们也分别有着自己的反粒子啊
分别就是反上夸克反下夸克和反奇异夸克符号呢
就是在跨克的这个上面啊
就是比如说上跨克是you 对吧
下课式的
那么如果是反夸克的话呢
就在这个上面再加一个帽子
这样子这个U 8 或者叫u hat 啊
这里要注意啊
就是上夸克的反粒子是反上夸克
而不是下课
哎哎
这个他们又到底是怎么发挥作用的呢
哎
对我来说啊盛华课呢
是有2/3 的单位的电荷下划课呢
是负1/3 的呃
电荷
或者说是你叫1/3 的这个负电荷的奇异夸克呢
也是1/3 的负电荷它们的自旋都是1 /2
于是质子呢
就是由两个上夸克和一个下夸克组成的
大家看啊2/3
二加2/3 减1/3 就是一个错误对对对一个电荷啊
那句子呢
就是一个单位的基本电荷自旋呢
仍然是1 /2 所以呢
我们把它称之为费米子啊
这个以后还会解释啊
那中子呢
是由一个上夸克和两个下夸克构成的是2/3 减1/3 减1/3
你看就等于零了
所以中子是不带电的对吧
他的自学呢
也是1 /2 也被称为费
但是其实听到这儿我真的是觉得有点儿牵强
感觉是强行在凑数字吗
哎
对一方面好像是在凑数字啊
一个方面就是其实打破了大家一个传统的观念就是一般认为这个店和一个单位的电荷已经是最小单位有变成1/3 的
所以当时呢
很多人呢
认为啊
他简直是无理取闹哈
完全不靠谱的样子就是你感觉上就是数学上能理解
但是实际情况
他怎么可能是这样对吧
那么反直觉
哎
感觉完全不靠谱的样子
哎
可不是吗
其实啊还没完
跨客模型呢
还对重子和介子又进行了重新的定义啊
跟我们前面讲的这个质量又不一样了
你看像质子中子这样有三个夸克组成的粒子叫做粽子有两个夸克啊
更准确的说是一个正夸克和一个反夸克组成的粒子叫做介子呢
由于是正反夸克组成的
所以这个介子的自旋啊
哎
就变成整数了啊
所以呢
他被归为波色子啊
这个波色子我们呃
等会还会出现我觉得到这个部分还是有点儿强行凑的意思啊
就是为什么是三个夸克
对吧
然后戒指他怎么就是两个夸克组成的呢
就是无非就是为了符合她所定义的
这个数学之美嘛
对吧
哎呀对对就联系到前面所说的八重派啊
就是八个相似的戒指哦
二的三次方等于八癌
你要这样说的话还真不是随随便便就提出了夸克的数量对对对你一联想到这个二的三次方啊
这马上就能够知道这到底是怎么来的啊
事实上你不可能那么简单的提出来
我前面讲的是利用群论来推理得到的这个结论啊
其实也是根据对衬性得到的啊
一批有规律的这个组合形式啊
比方说啊
两个夸克每个呢
有三种不同的状态
于是呢
就构成了八重态
就好像立方体有八个顶点
对不对
如果三个夸克
每个有三种不同的状态
那么三的三次方吧
就可以构成27 重泰啊等等
所以他其实提出了很多种形态啊
另外还有描述什么共振粒子的这个石崇太像前面所说的这个欧米伽实际上就是十重态模型里面所预言的啊
听上去的确很高深
很厉害
但是给我的感觉还是像是纯粹在用数学方法去构建物理世界的
粒子模型吗
好像还是没有办法摘掉我们前面普通人理解的这个凑数字的帽子
哎
很多人的确就是可能一下子想不通啊
他为什么这么说啊
说不定他也是一种巧合
对不对一点都没错那
如果要相信他
或者说是他这个预测的到底有多准
那肯定是要通过实验的验证才可以啊对呢
好在时间过得并不久啊
也就是在1967 年的时候就有了突破斯坦福直线加速器中心啊
也是我们上期节目最后所提到的是通过高能电子轰击液态氢和看到了质子当中呢
是存在的散射呢
似乎呢
里面有三个东西啊
但是直到70 年代初实际上啊
我们可以讲是直到现在吧
都是没办法把夸克从日子当中给撞出来的
可以这样理解吗
就是夸克理论其实直到现在还没有能够得到实实在在的实证啊
徐总说的这个
时政啊
这个蛮重要
就是没有看到实实在在的夸克
但是夸克理论啊
还是被得到了认可
怎么回事呢
美国物理学家格拉肖啊
他倒是非常支持夸克理论啊
甚至说他还认为
其实不止三种夸克应该还存在着第四种
因为他发现啊
如果有这个第四种夸克存在
那么在解释一些粒子衰变的时候
A 会显得更为的理想
同时
当时也已经发现了四种轻子
那么跨课是否也应该是四个呢
哎
你想这样子的话
觉得对衬性好像显得更加好一些
是吧
有点好像感觉还是应该说说凑的这个意思啊
但不管怎么讲
他是顺着这个思路来啊
为此呢格拉肖呢
还给他起了一个很好听的名字叫畅夸克啊
也就是有魅力的意思
所以呢
我们国内啊
也有把它翻译成魅夸克的他就是这个符号C 啊
A
说实话就是光是三个夸克
这已经够玄乎了
这个假想的第四个夸克都不知道到哪去发现它验证它
哎
1974 年11月11日
哎哟这个日子很耳熟啊
刚过去是吧
不过当时应该大家不会全民网购啊
这个事发生的事完全没有啊
啊阿丁肇中啊
他宣布在三记忆力啊
记忆力就是什么
就是我们讲是这个吉电子伏特就是比那个百万电子伏特M
抑郁还要高10 00倍啊
在三级1 V 的这个能量处发现了一个新的例子
他给它起名为J 粒子
几乎在同时啊
另外一位物理学家波顿李克特啊
他是今年七月份刚刚去世了啊
他也发现了一个新的例子起名为塞例子啊
也就是我们知道这个量子力学里面出现的那个阿克塞尔
海王那个差啊
希腊子a 对
但是唉
没想到他们这两个粒子的质量
都是质子的三倍
寿命只有十的负20 次方秒哇
负20 次方苗
嗯
这个是真正的须臾啦
可想而知要寻找他有多么的不容易啊
对对对产生的概率非常的低
其实POS 例子啊
在我们讲例子当中是已经算长寿的了它的寿命可比其他质量相似的例子
要常出10 00备用
总之啊这两个人方法呢
不太一样
结果却发现了同一种粒子
后来他们俩也一同分享了1976 年的诺贝尔物理学奖
嗯
其实这个j pa sal is 啊
在粒子物理史上是顶顶大名的甚至可以说是具有里程碑意义的
哎
没错
为什么呢
因为如果你拿盖尔曼的三夸克模型啊
是没办法来解释这种例子的
因为八重态啊
其实已经确定了都已经找到了
但是如果拿格拉肖的第四个夸克进来发现
反粲夸克组合在一起
哎
居然可以完美地来解释j ur is 粒子的性质
但根据高尔曼的定义吉普赛例子
他应该也是一种介子呃
其实这个就等于是间接证明了第四种夸克的存在了
哎
对
因为只有这第四种夸克就是唱夸克的存在啊
你才能够合理的去解释啊
就是结POS 粒子的这种存在性对不对那这样子一来呢
如果说第四种夸克的存在是合理的
那么我们其实也没有理由不相信啊
前面所说的
这个上下齐啊
这三种夸克存在啊
他其实也是有何用
对吧
这其实是形成了一个证据链啊
当然了
其实说到这儿
我们也不得不插一句啊
就是夸克啊
她几乎呢是完全源于数学模型
再通过物理实验验证这种假说这有点儿
当年海王星的意思啊
对
其实物理发现当中很多都是这
这样的一个过程
当时物理学家可以讲是一发不可收拾
唉
我觉得这几样东西凑在一块儿这个拼拼凑凑还挺好玩儿的
这个还能够拼出很多东西来对吧
1977 年的时候
美国物理学家来得慢就发现了一种外力子啊
那证明有第五种夸克的存在
人们把它称之为底夸克
所以按照之前的那个思路
这应该还有第六种夸克这个地方的对应对吧
这个世界还真的是挺对称的啊
那按这个名字
一个是底呢
一个就是顶了六个夸克
六个青紫
哎哟
看上去又完美了
是啊
物理学家也是这么认为啊
不过呢
直到199 5年的时候才最终发现了这个顶垮
咳
那这个详细的情况
我们也不多说了
大家可以自己去查询
总之呢就是现在我们知道啊
上下粲奇顶底至此呢夸克模型是终于得到了认可
那物理学家是把这六种夸克叫做什么呢
叫做味味道的味啊
这里还是要强调就是这里的这个味并不意味着夸克
它有六种味道
或者是气味
而是指六种夸克类型啊
这个大家可以俗称为六味夸克F
这个还不是在误导吗
呵呵
这夸克是没有形状的啊
没有形状的
不仅如此啊
物理学家还意识到夸克和轻子都是自旋为1 /2 的粒子
哎
我们也可以顺便来说一下这个自选啊
这个它和通常我们所说这个行星的这种自传啊
或者说是一个球形物体的这个旋转
它是不一样的啊
他这个完全不能理解
因为我们都知道这个基本粒子
其实我们是没办法看到他的个头啊
或者说他的这个形态对吧
他甚至连个点都称不上你也不能理解为是一个点
在旋转啊
这个其实也不一样
因为自学的这个量值啊
也就是所谓的这个角动量吧
它是不能连续变化的只能取3/12
这样的值啊
那么跑到夸克这儿呢
他的这个自旋量值就是1 /2 啊
还是挺这个大家一定要注意
但是因为他有角动量啊
所以说我们可以把它类比为旋转
所以把它称之为自选啊
包括这个
如果你再研究的深一点的话
你就会发现啊
它实际上是有手性的啊对吧
就是这个有方向性的啊
这个我们就就不见了
还是回答你刚才的那个问题吧
就是说夸克和轻子啊
它都是自旋为1 /2 的例子
那么这个两者之间是不是还有什么潜在的联系
哎
对我们已经知道三种类电子轻子和三种相对应的中微子啊
他们应该是一一对应
对不对那如果我们仔细观察一下他们的质量啊
会发现电子呢
是0 .51 1 mv music 呢
是一零五点六六m ur 套子呢
是一七七七点一米比这个其实每一个之间都生了一个大台阶啊
对你看这个量级的提升啊
这很明显
所以你看夸克也有这样一种情况啊
我累赘一下啊
大家听一下上垮课是五个MV
它带有2/3 个电荷下课呢
是十个m e Di1/3 的负电荷奇垮克呢
是20 0个密带1/3 的副店
灿华克是1 .3 级有一代2/3 个正电荷儿的跨克呢
是4 .5 级一笔带1/3 的负电荷那么顶垮课呢
是达到了175 个gi
我与他带有2/3 的电荷这如果比较一下的话
这个顶夸克放在上夸克面前
那简直就是个庞然大物了啊
对
当然我们不能这个简单的理解
还是那句话
夸克是没有形状的
但是大家应该能够感觉到这个里面其实还能够分出三个大台阶
而且呢你如果看电荷数的话
其实也正好构成了三对没错啊
如果大家仔细去看就会得出这样一个结论
所以说粒子物理学家就把上夸克下夸克和称为第一代夸克粲夸克和其跨克呢
成为第二代夸克顶夸克和底跨课
成为第三代夸克相应的电子和电子中微子称为第一代青紫谬
子和缪子中微子成为第二代轻子套子和套子中微子称为第三代轻子
但是啊
这里也提醒大家
这里的三代和我们通常所说的祖孙三代这是两码事
二
他们没有这个呃
继承啊
或者说传承的关系
这又是一个强行在宏观世界啊
找一个能够用的这个称呼啊
但事实上
这还是完全两个世界啊
完全两套话语体系问题是在这儿啊
就是说为什么有三代有没有超过三代的这种情况对这两个问题啊
似乎都没有一个确切的答案
不过呢
好像有研究认为是不存在超过三代的带啊或者呃也意味着就不会有更重的夸克或者更重的电子和中微子被发现没有最小的尺度下三好像还真是一个挺奇怪的数字啊
意味深长啊
也就是说现在这个六味夸克玩啊
还出现了三代啊
这个是华谊的重点帮助大家记忆啊
对对对被封禁了三代啊
但是故事还没有完
夸克模型虽然可以很好的解释
我们所发现的墙纸戒指超子的这个质量和性质
但是还有一个根本性的问题
始终未能得到解决
这些跨克是如何发生相互作用的呢
H 对啊
就是模型
他其实只解决了构成的问题并没有解决相互作用的问题
嗯
确实如此
那在此之前啊
量子物理是依靠着量子电动力学呢
基本上能够解决那些问题啊
这个我们说一下这个量子电动力学的简写就是QED 啊
它是量子场论最早发展起来的啊
也可以讲是最成熟的一个分支吧
顾名思义呢
它所研究的东西就是和电磁有关的对我们都说一句啊
就比如说光子的发射和吸收
对吧
这属于电磁相互作用的一种量子的性质还有呢
就是带电粒子的产生和湮灭带电粒子之间的伞
She 带电粒子与光子之间的散射等等啊
反正这个电磁波啊
这个不再是那种经典的形态
而是量子化的这种形式呢
总之主要的研究对象就是带电粒子和光子呢
带电粒子中呢啊
你看又是以电子为一个典型代表的吧
那么事实上呢
量子电动力学
它不仅仅是量子力学的理论基础啊
还在什么原子物理分子物理核物理粒子物理等等
许多的领域当中是发挥着重要的作用啊
那像我们这个计算机存储设备激光蓝光这种的都是量子电动力学应用的产物啊
我记得那首歌孤单光量子里边也是有QED 的啊对对对大家可以重温一下啊
那么量子电动力学呢
其实也被称为新量子理论啊
它实际上是统一了量子力学
狭义相对论电动力学啊
这些学科成功地解释了
原子辐射的疑难还向人们揭示了真空的嗯
但是量子的
动力学并没有解决强相互作用
不过呢
在受到量子电动力学的启发
并且在前人的基础上
盖曼弗里奇在1972 年创立了新的一套规范理论被称为量子色动力学QCD
哎哟
这个难度越来越高了啊
看来是必须要准备好桌椅板凳笔记本啊
这个电动力学色动力学一字之差店呢
还好理解
电势电荷吗
这个色它又是什么呢
脑洞太大
休息一下
如果听咱们的节目不过瘾
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每周节目的BGM 歌单
还有趣味猜题闯关都在那里啦
微信订阅号搜索叨科学叨是唠叨的叨
别忘了还有天文茶餐厅稿子上好像没写这句话嗯
电呢
还好理解
电势电荷吗
这个色它又是什么呢
色就是指四盒那四盒是什么东西呢
哎
我们还是先说一下电和这个大家比较熟悉啦
电子是有一个单位的负电荷是吧
稚子有一个单位的正电荷
然而在量子力学当中电荷啊
他只不过是一种量子数啊
也就是说是描述粒子的特性之一电荷呢
只有两种状态
要么市政要么是付啊
所以我们把它称之为量子数
它不连续它也必须满足po Li 不相容原理嗯
所以就是如果你理解了电荷
那么只要把色和类比一下电荷就行了对1964 年夸克的存在被提出后不久啊奥斯卡格林伯格就引入了所谓色和的概念
电荷用于描述电磁相互作用
那么四核就用于描述夸克间的强相互作用
色和也必须满足逃离不相容原理
这里呢
我们要强调一下
其实再有的科普文章里呢
是直接把色和直截了当给说成了颜色
但这其实是会引起大家误解的对吧
A 对对对
其实我也怕就是如果直接说色或者颜色
这个的确可能会有一些误导呢
和那个夸克六位类似的
这里的色其实也不是真正的颜色也是指每一种这个特殊的性质
不过这种性质呢
它不像正负电荷那样啊
比较易于理解
易于测量
对我们呢
只要把色和当作是一种标签或者是代号就可以了啊
就嗯强记色和啊你没必要理解他为什么用色其实用其他很多东西
也可以代表只是用颜色这套体系挺合适的
哎
对我们就来说说这个为什么那么合适啊
每一种跨课都存在三种类型
分别是红绿蓝啊
三种色荷不存在所谓色中性或者无色的夸克
而且每一个夸克只能携带一个单位的色和就是要么红要么绿
要么蓝a
为什么非得是红绿蓝
而不是红
黄蓝或者是红黄紫呢
大家有没有注意到红绿蓝
其实就是RGB 啊
对现在用电脑啊
用电视机对吧
这大家很熟悉了
但是他正好就对应的是光的三原色这三种颜色啊
不是真实存在啊
就是我前面徐总讲这个就是我们给他一个标签啊
人为的原因啊
就是跨克存在某种的特性
他这个表现上面啊
是没办法超过原子核的范围的
那么在量子色动力学当中呢
就用它们来解释夸克啊
为什么能够并且只能存在墙纸当中
由于只有
这三种状态
所以呢
恰巧就能够让人联想到光的三颜色
哎
其实呢从另一方面也可以解释一下为什么与颜色没有关系啊
就是我们通常所说的颜色呢
实质是不同波长的光子他们呢
都处在可见光波段
你可以认为颜色是不同能级
光子的表现
而夸克并不是光子不可能呈现出颜色当然也不可能反射出颜色啊
在夸克尺度上
我们也不可能测得出它的颜色对吧
嗯
没错
哎
对是这个道理之所以用三原色的概念啊
是因为这样呢可以比较方便地来表述夸克和反夸克这样子的
这个类别啊
以及他的这个互补的性质
怎么说啊
我们举一个例子
你就明白了
比如说拥有红色盒的跨克它的反粒子应该是什么呢
如果是按照色彩原理的话
他肯定不是绿色或者蓝色
因为绿色蓝色和红色是不能构成互补关系的对
我们把一个带有一个单位红色盒的跨克称为红跨克
那么它的反粒子应该是一个带有一个单位红色盒的反跨课对不对应该被叫做什么呢
反红的反跨课或者你简单地称之为反红跨课
对不对呢
一个物质和一个反物质如果一结合那是不是应该发生湮灭
对不对那就跟电中性一样的那应该形成所谓的色中性啊
徐总你你说这个如果电中性是零的话色中性应该是什么呢
应该是白色吧
哎对那么粉红色喝就应该是白色减去红色啊
也就是我们所说的红色的补色青色
所以你也可以
把反红跨克称呼为轻夸克
这个其实如果说大家把这个光的三原色的图翻出来啊
就是三个圆饼图叠在一块儿的那个图很经典的其实是一目了然
对不对
所以啊
你看这也是为什么要套用这个RGB 的颜色系统是吧
你会很方便的啊
来标记这些跨克反夸克的这个量子数
嗯
我相信听到这儿啊
还是有一些朋友听晕了
而且占比可能也不少啊
我们稍稍的先做个小小的总结吧
就是在量子色动力学框架下呢
夸克有六位啊
每一位呢
有三色啊
这样一来
其实总共就有18 种了而且呢
他们还能被归为三代
这样算来呢
每一代就有六种没错
那可能有人会问塞赫难道说只是拿出来做个分类吗
这其实并没有那么简单啊
我们以质子和中子为例
根据量子色动力学和粽子的八重态模型
你看质子是有一个绿上夸克
一个蓝下夸克和一个红下课来构成的中子呢
是由一个绿下夸克一个蓝上夸克和一个红上夸克构成的质子呢
是一上两下中子呢
是两上一下
但是啊组成夸克呢
都是红绿蓝各一个
因此啊推广一下的话就是质子中子啊
它都是所谓无色的
嗯
对
事实上强子都是无色的啊
一旦跨课
可以从质子或者墙纸中跑出来的话
那就麻烦了啊
自然界就会存在带色的粒子啊
这个带色的粒子会引起真空的进一步极化色和之间的这个u 竟是事
非常大的整个真空
如果带上颜色的话
那这个能量会非常的高啊
甚至会导致真空的爆炸
这个这个听起来就比较复杂一点啊比较复杂就再次强调一下吧
这里所说的颜色啊
并不是我们看到的红色绿色或者蓝色嗯
不管怎么说吧
其实前面水兄的这段描述就是在暗示我们啊
自然界当中不可能存在游离的夸克对这在量子力学当中是专门有一个名词叫夸克幽静
他指的是什么呢
就跨课
无法从质子当中逃逸出去
这其实也解释了为什么无论我们如何攻击质子都无法炸开质子
只能观察到质子内的散射或者说只能间接的证明夸克的存在这个夸克幽静
还有其他的说法
比如说什么色禁闭啊
夸克禁闭
其实说的都是这件事儿挺诡异的就是为什么这个大自然非得把夸克给
关起来了
可能上帝认为夸克是怪物啊啊
这个扯远了
开个玩笑啊呢
关于这个问题啊
其实非常的深啊
这个我也没办法一下子搞懂呢
物理学家就提出过几个理论啊
比如说什么口袋模型啊
认为质子是一个受真空挤压的口袋啊
将夸克给束缚住了
这很抽象啊
还有人啊
提出了弦理论认为跨克呢
是被嫌绑在了两端
而这条弦呢
是难以断裂的
即使要断裂
那在断裂处会生成一对正反夸克原来的强子就会被碎裂为两个新的墙纸
那这一机制也确保不会产生自由的款
哎呀
不知不觉这个弦理论都出来了啊
听上去更抽象更高能了
那好吧
那还有通过这个规范理论的面积定律来证明夸克之间是有线性禁闭室存在
那还有包括这个思维空间量子场论证明磁单极凝聚也会导致夸克邮件
哎
总之就是太复杂了
说下去估计很快掉完了
啊啊
这个放松一下
就是我们刚刚呢是花了大量的篇幅说了夸克啊
但是其实有一个重要的事情还没说呢
就是强相互作用
它是如何在质子内发挥作用的呢
A 这个问题啊
就在点上啊
我们说强相互作用是把夸克束缚在一起
组成了强子对吧
如同光子来传递电磁相互作用一样啊
夸克之间也需要有一样东西来传递强相互作用
于是阿粒子物理学家就假想出了一种例子来发挥这种作用
它的名字叫娇子啊
其实我个人还是挺喜欢这个名字的一目了然
娇子娇子啊
就像胶水一样的把夸克粘合在一起等一等啊
名字虽好
但其实这里又涉及到了一种新的基本粒子了
娇子这东西真的很抽象啊
可一种粒子的存在
就是为了来传递这种相互作用
它到底有什么特点
如果用科学的术语来说啊娇子是量子色动力学用来在两个跨课之间传递强相互作用的矢量规范玻色啊
还不如不说呢
这个呃
总之呢
它就是用来传递强相互
作用的啊
这个最重要
呵呵
对他其实不仅是传递强相互作用
他还参与强相互作用
这使得量子色动力学的分析啊
其实远比量子电动力学要来得困难啊
就是和光子那种传递还不太一样
唉对对那具体来说就是娇子本身啊
它也是带有色荷的那骄子呢
是拥有一对夸克和反夸克啊
是由他们来构成的
所以每一个都拥有一个单位的四核呢
比方说啊
呃
是由红加反律来构成的
或者向红加反蓝啊
依次类推
这样你也其实也可以算一算总共有多少种交子总算遇到一个我能算得了阿二的三次呢
这应该是八种骄子
嘿嘿嘿对对对你看啊
骄子也是由跨克组成的对不对啊
我们前面讲这个质子中子也是由夸克组成的那大家就可以展开联想啦
所以说他可以和质子中子之间是产生一种强相互作用
对不对那
如果要说娇子具体的工作原理啊
那就麻烦了
需要用到量子场论了啊
可能这个也未必准确吧
但是呢
呃
我想尝试这样子的来解释吧
娇子娇子之间相互的这个作用是使得塞场啊
成为就是像丝线一样的这个物体
那么这个其实有一个专业的名词啊
叫做通量管啊
其实大家就把它联想成呃
一条线
当这个通量管被拉长的时候就会出现类似一根弦
这种张力一样的这种效果
他会将夸克囚禁于墙纸的内部啊
它的作用范围大概呢就是半径十的负15 次方米以内啊
也就是我们所说的原子核的这个尺寸
这就是所谓的幽静啊
两个跨克的通量管的长度越长相应的这个能量是越高的当超过某一个特定长度之后
这个通量管就会断裂
但是色荷的幽径效应呢
会起到作用
令真空形成一个跨克反夸克对哦
这等于就白扯了
对吧
总之呢
就是娇子的作用就是让夸客们发生强相互作用组成重子
并且幽静在种子区域内
那么一旦胶子之间的联系被迫切断
其实
这个粽子就不是原来的种子了a 没错啊
所以这其实是解释了啊
为什么夸克只能存在于种子当中对吧
他跑不出来
解释是解释了
但是我们还是不禁要问
就是娇子
这种神乎其神的我觉得比夸克更难理解的例子
它是真实存在的
哎呀
这话怎么说呢
呵呵
它诞生于理论存在于现实却又隐藏于实体骄子
它来源于量子色动力学和量子场论
但是从数学上来说呢
他其实很好的解释了强相互作用
因为有了骄子也就能够解释和预测其他的粽子戒指
包括超子等束缚态的粒子
或者我们把它叫做复合粒子
但是如果你想杂开质子向拆解汽车零件那样找到单个的夸克和胶子啊
那是绝无可能的
所以你说他到底是存在还是不存在呢
这个只能意会了啊
这个有点儿哲学了
都这物质的本源可能就是这样的就是科学世界的特点吗
当理论能够解释我们所看到的一切到此为止
我们只能相信他是对的
事实上啊
在这种情况下
你可以把交子称为虚粒子
然后呢
有了对强子以及强相互作用的解释啊
理论物理学家呢
打算更进一步对目前所有的例子进行规范性的处理
并且顺势而为建立统一的标准模型来解释
我们目前所掌握的所有物质组成
以及所有的相互作用力标准模型基本粒子版的元素周期表
这个太重要了啊
其实在这个时候呢
我们已经不讲基本粒子模型了
而是标准模型
它涵盖的范围更广
对思考这样一个问题
假如骄子解决了强相互作用
传递的问题
那么我们再来看一看是谁来传递了电磁作用呢
在电磁相互作用当中
我们总是能够看到光子的声音
对不对
因此光子极有可能是电磁相互作用的中心
然后
哎
你会欣喜地发现电子质量是零八电荷是零自旋为1 a 是不是和娇子一样
哎
这个很有意思啊
那还有一个相互作用弱相互作用
这个中间又是谁在发挥作用
对这个问题自然而然就会产生了对吧
早在20 世纪60 年代物理学家就提出了电弱理论啊
简单的说呢
就是电子music top 这几个带电的亲子们啊
与其对应的中微子之间存在着不对称性或者差异性
这个怎么理解这个不对称性和差异性
主要还是体现在质量上面的呃
因为我们都知道这个中微子几乎是没有质量
对不对
所以这当中呢
会存在着一定的偏差
那么于是啊物理学家就在想是不是应该存在着大质量的带电粒子把它命名为W 和一个大质量的电中性粒子de 它们的自旋数都应该是一
比方说啊
中子贝塔衰变时会发射出一个W 负离子啊
也就带一个单位负电荷的W 离子
于是呢
这个电荷数啊
就能够保持守恒了
那随后这个W 负离子就会转变成一个电子和一个反中微子那这样一来的话呢
在弱相互作用当中啊
什么电荷数啊
亲子树啊
还有能量啊
都能够保持守恒
嗯
总之就是为了让他能保持守恒
所以呢
我们就先想象出应该有这些东西
然后就想办法去找了对或者说应该讲的是预测了有这种粒子的存在
所以想办法去找到他
1983 年的时候正负两种W 粒子和不带电的C 离子都被发现了他们的质量呢
分别是电子的157400 倍和178450 倍大得不得了
对不对
但恰恰正好是电热理论所预言的哦
其实到这儿倒是可以做个总结啊
就是嗯
参与和传递电磁相互作用的是光子参与和传递强相互作用的是交子参与和传递弱相互作用的就是水熊刚刚提到的W 字和Z 子没错他们啊
都可以被称为虚粒子
或者说他们并不代表某种实体
他们只是做为什么我们讲相互作用的一种宅体
它们的共性是什么呢
自旋数为一
还是觉得挺神奇的啊
就是一下子就找到他们的共性了
对吧
于是呢
就把它们啊
又归到一类
需要给它起个名字叫波色子啊波色子是这么回事啊
那么这样的话呢
大家可以来数一数啊
总共有几个呢
诶八个娇子一个光子两个W 子一个Z 字
总共是12个哎
对好我们再回过头来看看我们之前所讲的啊
那些组成物质实体的基本粒子都是谁呢
组成质子和中子的夸克们啊
对吧
因为有好多
然后再加上电子啊
于是呢
就能够构成一个园子了
对吧电子呢
还有两个同胞兄弟muse 和套子
他们还各自有对应的中微子啊
也就是我们说有三对啊
都能够叫做青紫
那么这些粒子的自旋数都是1 /2 的整数倍啊
我于是呢又归为一类
我们把它叫做费米子
嗯相对实在一些的叫费米子
其实同样也可以来数一数啊
就是18 加六等于是24 个费米子
当然其实还是要注意啊
就是他们还有各自的反粒子
所以还得再乘二
那么就是48 个
所以你看48 加12 等于60 个标准模型当中啊
其实总共有61 个基本粒子还差一位
哎
这个就是非常神秘的
其实在这个系列的第一期的开头啊
我就说过的希格斯玻色字
哈哈
希格斯波色子同样也是来自电弱理论的预言1964 年
英国物理学家彼得希格斯等六人提出了至少还需要一种非常特殊的例子
自旋数为零
它能够产生所谓的希格斯机制
正是它赋予了带电轻子和WZC 子啊
给他们质量简单的说就是希格斯波色子
作为一个场弥漫在整个宇宙当中
而宇宙呢
就如同一锅由希格斯波色子顿组成的浓汤
所有的粒子在其中穿过呢
都会被减速
于是就会显得变重了
那等校的来看呢
就好像这些粒子获得的质量
天呐
这个不明觉厉啊
就感觉是变魔术一样
让质量无中生有了
嗯
对啊
这样子看来的话
其实大家应该听说过就是希格斯波色子
还有一个俗称叫上帝粒子
嗨
所以你看是有那么点意思啊
所以希格斯波色子对于标准模型的重要性是不言而喻的啊
就是变成最后一个拼图能够完美地来解释这个质量或者说某一些粒子是如何产生的2012 年7月4日
欧洲核子研究中心宣布他们是利用大型强子对撞机探测到了质量为126 级的新播设置
2013 年3月
他们确认了这个就是希格斯波色子
那就在当年诺贝尔物理学奖就授予了提出希格斯机制的两位物理学家弗朗索瓦恩格勒和彼得希格斯
哎哟
这个颁奖速度可比引力波快多了啊
足见希格斯波色子在物理学中的地位
至此
目前我们所认识到的构成我们的世界的基本模型已经基本建成了从189 7年发现电子到2012 年发现希格斯波色子跨度长达115 年48 个正反费米子12 个波色子再加一个希格斯波色子总共61 个基本粒子
原来是这样就是这样
想不到这么大的一个系列啊
到最后是落到了一个怎么说呢
它既代表着非常前沿的科学
但是你光看它的这个俗称又感觉是触及到了科学的边界啊
快到哲学
甚至宗教层面的一个例子了
对吧啊
你是说这个上帝粒子对吧
是一个斯波色的这个昵称啊
上帝粒子其实啊
他原本不叫这个名字啊
这个蛮有意思的
他这个名字啊
实际上来自1988 年诺贝尔物理学奖的获得者利昂莱德曼他写了一本科普书
它讲述了就很难找到这个希格斯波色子
他的原书的名字叫什么呢
他叫god damn particle 服用这god damn 是有点脏话的意思啊
对这个要逼的
该死的例子
对吧呢
当时呢就出版社认为这个不太妥当啊
于是按我们现在话说起来被和谐了
所以更名为上帝粒子
就把后面的粘
给去掉了
只剩下god 对对
对啊
从此呢
这个名字就被传染开了
然而事实上许多科学家都不喜欢这个称呼啊
因为感觉好像他过分的强调了这种粒子的重要性啊
而且呢
有种宗教化的这种感觉是吧
事实上
连希格斯本人也并不太喜欢这个名称
而且呢
他还非常谦虚的表示啊
这个不配用自己的名字来命名这种例子啊
就是说希格斯本人对希格斯波色子这个称呼他都不信任就是科学界很多的名称也都是无意之举对吧
我记得好像以前说黑洞的时候也提到过
也是类似的对对对无心的啊
另外啊这个不知道大家有没有注意到标准模型当中
实际上我们解决了四大基本力中的三个对吧
唯独引力并没有涉及到哎哟
这个太有意思了
所以其实好像一直有人说引力子这个概念
呵呵对对啊
其实啊也是想延续基本
模型的这一个思路吧
假定有一种粒子
它承载着引力是吧
他能够这个发挥引力的这种传递的这个作用
那它的自旋数是多少呢
是二啊
不过到目前为止还没有找到所谓的引力子啊
因此我们讲这个量子力学和广义相对论呢
到现在也没办法实现统一哦
说实话引力子要是真的被找到
这个可能也是秒般诺奖的水平
那肯定的啊
肯定
哎呀
我们说了那么多标准模型啊
这个多说一句吧
大家听一听就可以啊
如果这个不想听略过
也可以啊就是什么标准模型啊
实际上甚至我们讲大部分现代例子啊
在物理学上都是使用了一种叫做量子场论的理论来作为他的必要的语言啊
量子场论啊
是狭义相对论与量子力学的结合啊
简单说啊
就是狭义相对论要求将原本只在三维空间中描述物理过程啊
现在呢
是在四维空间中来描述出来
而量子力学呢
干脆啊
就把过去经典理论全部量子化
对不对那为什么要叫做长论呢
因为以往物理学家都已点的例子作为基本假设而量子场论的基本观念呢
就是场啊
所有的例子其实都是场儿
所有的物理过程啊
都是要用厂之间的这个相互作用来描述
嗯
大家比较熟悉的电场磁场啊
这里其实还是可以进行类比
嗯
对
对对可以
那在量子场论的描述当中相互作用是替代了利尔场是替代了点粒子一个粒子撞到另一个例子发生散射啊
可以类比两个小球之间的碰撞
对吧
但是呢
呃这个厂当中啊
就就不是这么回事了
对吧
我们可以用力来描述也可以认为发生在小球之间啊
实际上是能量和动量的交换啊
这就是所谓的相互作用
其实粒子物理中的相互作用很丰富啊
这不仅仅包括散射作用
还有衰变湮灭产生新的粒子等等过程那么不少呢
甚至都是无中生有
所以如果继续用力来描述的话就显得不直观了
甚至呢
可能有误导啊
不如呢
用一个内涵更为丰富的就是相互作用
这个词来描述更为贴切一些吧
对对对那用场来代替点粒子啊
其实也是处于呃
相似的这种考虑
事实上在量子场论当中啊
科学家认为点例子其实是激发了物质场
那如果把物质场看作一哇活动的水那点栗子就相当于扔进去一块石头激起了水花不同区域的这个水啊
你肯定呃
有个不平静啊
或者说你波浪啊什么的可能会有不一样
各有各自的涟漪
对不对还包括可能会产生漩涡
它们的形态可能不一样
但背后都会有一定的物理定律来发挥作用啊
可以来进行预测是吧
这种规律就是所谓的守恒律
哎哟
这个越来越抽象啊
其实听到这儿我忽然意识到就是所谓的基本粒子这个概念本身他都可能是存在着问题
或者说是在一些理论
看来我们可以不要用例子去理解他们的确我们可以再强调一下
就是为什么我们没有说基本粒子
这个这个说下去
我们说到最后是说的是什么标准模型是不是那其实大家可以看到当中的区别基本
例子呢
就是往往是来解释我们这个物质到底是什么组成的对吧
这个分子下面是原子原子
然后分原子和电子然后原子核在给他分开就是把一个实体差
差差差差
那么现在的粒子物理啊
其实已经不简简单单的是构成的实体了
她还解答了就是实体和实体之间如何发生作用
而且把传递这种相互作用的这种东西啊
这种媒介也把它命名为例子啊
所以大家一定要搞清楚为什么我们讲费米子和玻色它一种是实体一种是传递相互作用啊
这个再次给大家做一个强调吧
我觉得真的很有意思
就是说宏观世界
我们觉得实实在在的东西啊
一直拆一直拆拆到最后她真的是变得即使又虚了
呵呵
很难理解对对对因为他这个有的时候什么衰变啊
什么他
他真的就会无中生有
突然冒出一个例子是吧啊
的确是这样
那么
另外前面也讲到这个基本规律就是守恒律啊
其实宏观世界当中守恒律
大家可能比较熟悉啊
能量守恒动量守恒
角动量守恒和电荷守恒对吧
那当然实际上我们还比较熟悉的一种叫做质量守恒啊
他其实并不算在里面
因为前面我们也说了这个质量会突然冒出来
对吧
那就不符合了还真是对那亚原子世界当中
其实这几样守恒啊
四大守恒也是照样可以使用的
此外还有什么呢
重子数守恒轻子数守恒色和守恒
还有一个可能大家更为陌生的叫TCP
对衬性原理啊
就是包括了时间反演电荷共轭镜像反演
或者叫这个宇称守恒啊
等于那
此外还有部分守恒律就是不完全守恒律
对吧
还有包括说不变性原理啊
比如说这个跨克为守恒同位旋守恒
对衬性等等等等啊就反正用这些东西来保证我们前面所说的这个理论
它是一步一步
他是这个走得下去能够推导出来我
所要的东西
并且可以在实践当中去验证它
总之以原来是这样
这个趣味科普的病说到这儿真的是不能再说下去了
不能再说了
不能再说了
咱们的粉丝high 完了
好了啊
这个系列呢
其实之前也预告过啊
就是说算是今年的这个从难度吧
或者说从烧脑程度来说的一个扛鼎之作了啊
其实听得出来啊
今天水兄
这一期讲述起来还是挺兴奋的确实这样我在写文案的
这个时候吧
也是自己也梳理了一遍那同时我也在想就是怎么样把这个标准模型能够能够解释一下解释清楚呢
我不想说一个一个例子
这样解释下来
大家可能也会感觉到这个比较抽象更加可其实今天这篇文案它背后的一个逻辑呢
还是啊
就是我们怎么样通过一系列的线索啊预言
然后最后证实
然后逐渐
逐渐摸清了物质世界的本源
或者说我们离这个本源越来越近了
这个过程
其实是最精彩的也是希望大家能够感受到的部分
哎
没错
因为你说到这个标准模型
这个这那么多例子对吧
我们讲61 个
你这个东西都是怎么来的呀
对吧
你不可能说我们一开始就知道有那么多对吧
其实今天还有一个遗憾吧
算是我们音频节目的一个局限性啊
就是我们没有办法配图关于标准模型呢
其实有一张非常棒的图啊
也是把什么夸克轻子啊
规范玻色字
包括这个希格斯波色子
彼此之间的这个关系啊位置啊摆的是特别特别的好
可以说是一目了然的
嗯
这个大家其实也可以到网上去查一查或者可以在我们的这个刀科学的订阅号
我们到时候也会推送这张非常经典的堪称基本粒子版啊
或者说是这个物质本原版的元素周期表
哎对对对一点都没错
大家可以对照着这个再来听我们的节目啊
因为有的图上他还把那个就是电荷数啊
这个自旋数啊
都标到上面啊啊这个
所以说看上去这个更加一目了然
对不对呢
实际上也是受限于这个音频节目啊
包括呃
实在是这个篇幅有限
后续东跟我讲
如果再做一期肯定要掉分现在已经掉了啊
这不是肯定掉的对对对
所以所以
所以呢
其实在这个过程中还有
很多东西是没有进行解释的
如果能够把这些东西补上去的话理解的会更加完整啊
但同时其实也是会非常的难
比如说这个放射性我们没有太多的去讲反粒子对不对这反粒子
我们没有去过多的做展开吧
然后还有包括什么费曼关系费曼团聚够了
够了啊
这个我知道你这次做了很足的这个功课的关键
其实如果你真的想要学这些东西的话
那这些我刚才提到
比如说费曼图
它真的是可以帮助你去理解的
我想说的是什么呢
就是说有一个办法得回到我们最初做这个系列的一个缘起啊
就是少年时的这
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