第五百一十八章 標準模型

龐學林微微一笑，說道：「惰性中微子！」

沈淵愣了愣，若有所思道：「你的意思是，利用惰性中微子去製造四夸克、五夸克材料？」

龐學林搖頭道：「老師，你應該知道中微子的cp破壞吧？」

沈淵點頭。

龐學林道：「一直以來，cp破壞相角δcp一直是中微子振蕩研究的關鍵參數之一，隨著惰性中微子的發現，我們已經可以精確測量出中微子振蕩中的cp破壞相角。但要知道，我們在k介子和b介子的實驗中同樣發現了cp破壞。在粒子物理學中，k介子是帶有奇異數這一量子數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奇夸克，及一個上或下夸克的反夸克，而作為兩種夸克結合而成的k介子，恰恰可以與三夸克重子結合，形成五夸克粒子。由於五夸克中存在正反夸克相互抵消的效應，因此，這種粒子的存在並不違反標準模型的規則！」

沈淵睜大了眼睛，過了好一會兒才開口道：「你的意思是，利用k介子與重子結合，製造五夸克粒子，而中微子cp破壞相角的精確測量，將為我們測量k介子cp破壞相角提供依據。」

龐學林笑著說道：「不止於此，惰性中微子的出現，意味著我們對暗物質的研究進入了全新的階段。惰性中微子充斥於我們周圍的空間中，對宇宙星系、物質結構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，容易導致一些自由粒子發生衰變。但是假如我們有辦法屏蔽中微子，那麼我們將有很大的可能在實驗室內製造出五夸克粒子，進而再此基礎上合成出全新強相互作用材料！」

沈淵皺眉道：「阿林，按照你所說的，這個應該是超越標準模型的新物理理論了吧？」

龐學林笑著點了點頭：「確切地說，這種新理論，是在標準模型理論地基上建設起來的新物理大廈。」

沈淵安靜地看著龐學林，自己這位弟子，野心比自己想象得要大得多。

他很清楚，想要在標準模型基礎上提出新的物理學框架，難度到底有多大。

說到標準模型，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：強相互作用力、弱相互作用力、電磁力和萬有引力。

主要區別簡單地說有兩點，一個是作用的對象不同，一個是傳遞的方式不同。

引力作用於有質量的粒子，注意這個質量不是靜質量，而是動質量，就是e=mc^2中的m，和能量等價。也就是說引力可以作用到一切有能量的物質，我們宇宙中一切物質都是有能量的，所以說引力作用到一切物質。

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

暗物質就是因為沒有電荷，不參與電磁力，所以不發光。

強力作用到一切有色荷的粒子，包括夸克和膠子。夸克通過強力組成質子和中子，剩餘的強力使質子和中子組成原子核。膠子雖然是強力的傳遞者，但自身也可以通過強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，導致粒子衰變。

有趣的是弱力是唯一一個宇稱不守恆的，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）之間會產生弱力。

這是四種基本作用力作用對象不同的區別，還有一個區別就是傳遞方式不同。

引力通過引力子傳遞，儘管量子引力理論一直沒有實驗證實，但按照該理論，引力子和光子一樣沒有靜質量，所以可以作用到無限遠，按照平方反比定律衰減。

強相互作用力是作用於強子之間的力，是所知四種基本作用力最強的，其作用範圍在10^-15m範圍內。強相互作用克服了電磁力產生的強大排斥力，把質子和中子緊緊粘合為原子核。

弱力通過w和z玻色子傳播，在質子尺度上作用強度是電磁力的萬億分之一。弱力符合su(2)對稱性。w和z玻色子都是自旋為1的矢量場。

弱力與電磁力在更高的能量上是統一的，合稱「電弱相互作用」。在較低能量上，因為higgs機制，w和z玻色子獲得了靜質量，弱力和電磁力分開。

粒子物理標準模型的提出，就是為了從本質上去詮釋這四大基本作用力的。

在標準模型中，規範粒子有13種，分別是傳遞強相互作用的媒介——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，以及為了實現電弱相互作用在低於250gev的能量範圍內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、藍三色，夸克有六味，每味三色，再加上各自對應的反粒子，總共36種不同狀態的夸克。

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。

這就是標準粒子模型中所展現的61種基本粒子。

迄今為止，幾乎所有對以上三種力的實驗的結果都合乎這套理論的預測。在標準模型所預言的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現前，標準模型已經預測到它們的存在，而且對它們性質的估計非常精確。

然而，儘管標準模型具有強大的預測能力，但它未能回答五個關鍵問題。

第一個問題，為什麼中微子有質量？

標準模型中的三個粒子是不同類型的中微子。標準模型預測，就像光子一樣，中微子應該沒有質量。

然而，科學家們已經發現，這三個中微子在運動時是振蕩的，或者是相互轉化的。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量。

不過這個問題在惰性中微子發現以後，已經可以得到解答。

第二個問題便是，什麼是暗物質？

天文學家們在觀測星系自轉時發現，星系的旋轉速度比他們理論上的速度快得多，但按照可見物質的引力，這些星系旋轉得如此之快，本應該把自己撕裂的。

那麼唯一的解釋，就是存在一些我們看不見的東西，給了這些星系額外的質量，從而產生了引力。

這便是暗物質，暗物質被認為占宇宙物質的27%，但它不包括在標準模型中。

龐學林所提出的最新的惰性中微子理論，將會成為暗物質的有力候選者！

第三個問題，那就是為什麼宇宙中有這麼多物質？

當一個物質粒子形成時——例如，在大型強子對撞機的粒子碰撞中，或者在另一個粒子衰變中——它的反物質對應物通常會伴隨而來。當等量的物質和反物質粒子相遇時，它們會相互湮滅。

科學家們認為，當宇宙在大爆炸中形成時，物質和反物質應該是等量產生的。然而，某種機制阻止了物質和反物質以它們通常的方式完全毀滅，我們周圍的宇宙被物質所主宰。

標準模型無法解釋這種不平衡。許多不同的實驗正在研究物質和反物質，以尋找改變天平的線索。

第四個問題，為什麼宇宙膨脹在加速？

在科學家們能夠測量宇宙的膨脹之前，他們猜測宇宙在大爆炸之後迅速開始膨脹，然後隨著時間的推移，開始變慢。然而，令人震驚的是，實際觀測表明，宇宙的膨脹不僅沒有減速，反而還在加速。

天文學家最新測量表明，宇宙中的星系正在以每秒45英里的速度遠離我們。相對於我們的位置，每增加一個百萬分之一秒，也就是320萬光年的距離，速度就會增加一倍。

這一速率被認為來自於一種無法解釋的時空特性——暗能量，它正在把宇宙推開。它被認為占宇宙能量的68%。

暗能量同樣遊離於標準模型之外。

最後一個問題，是否存在與重力有關的粒子?

標準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標準模型解釋的亞原子相互作用沒有任何影響。

但理論物理學家認為，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。

假如龐學林能夠在標準模型的基礎上提出新的物理學框架，非但有望解決這五大難題，其在物理學上的歷史意義，也將絲毫不亞於牛頓、愛因斯坦這兩位神級人物！