W及Z玻色子

✍ dations ◷ 2025-07-08 15:50:25 #W及Z玻色子
在物理学中,W及Z玻色子(boson)是负责传递弱核力的基本粒子。它们是1983年在欧洲核子研究组织发现的,被认为是粒子物理标准模型的一大胜利。W玻色子是因弱核力的“弱”(Weak)字而命名的。而Z玻色子则半幽默地因是“最后一个要发现的粒子”而名。另一个说法是因Z玻色子有零(Zero)电荷而得名。W玻色子有两种,分别有 +1(W+)和−1(W−)单位电荷。W+是W−的反粒子。而Z玻色子(Z0)则为电中性的,且为自身的反粒子。这三种粒子皆十分短命,其半衰期约为 3 × 10 − 25 {displaystyle 3times 10^{-25}} 秒。这些玻色子在各种基本粒子之中属重型的一类。W的质量为80.399 ± 0.023 GeV,而Z则为91.1876 ± 0.0021 GeV。它们差不多是质子质量的一百倍——比铁原子还要重。玻色子的质量是十分重要的,因其限制了弱核力的相用范围。相对地,电磁力的相用范围无限远因为光子无质量。W和Z玻色子是传递弱相互作用的媒介粒子,就像光子是传递电磁相互作用的媒介粒子一样。W玻色子在核衰变过程中担任一个重要的角色。以钴-60的β衰变为例,此反应在超新星和中子弹爆炸时是非常重要的。可是它并不需牵涉到整个钴核子,而只是它33个中子其中之一。此中子在衰变期间转变成一个质子、电子(又叫β粒子)和反电微中子:但中子和质子都只是夸克的组合(中子是“上下下”,质子是“上上下”)。中子的一粒下夸克在β衰变中受弱相互作用的影响而变成上夸克:故弱相互作用可改变夸克的“味道”(参阅费米子)。而所发出的W−粒子迅速衰变成电子和反电微中子:因Z玻色子是自己的反粒子,故它的所有量子数皆为零。交换Z玻色子是一个中性流作用(Neutral current interaction),而接收和发出玻色子的粒子除动量外什么也没变。要观测中性流作用需要在粒子加速器和粒子侦察器上作很大的投资,故目前世界上只有几所高能物理实验室拥有这些仪器。于1950年代量子电动力学的空前成功后,科学家希望为弱核力建立相似的理论。于1968年,这个论调在统一电磁力和弱核力后达到高潮。提出弱电统一的谢尔登·格拉肖、史蒂文·温伯格和阿卜杜勒·萨拉姆因此得到1979年的诺贝尔物理学奖。他们的弱电理论不止假设了W玻色子的存在来解释β衰变,还预测有一种未被发现的Z玻色子。W和Z玻色子有质量,而光子却没有——这是弱电理论发展的一大障碍。这些粒子现时以一个SU(2) 规范理论来精确描述,但理论中玻色子必定无质量。譬如,光子无质量是因为电磁力能以一个U(1)规范理论解释。某些机制必须破坏SU(2)的对称来给予W和Z玻色子的质量。其中一个解释是由彼得·希格斯于1960年代晚期提出的希格斯机制。它预言了一种新粒子——希格斯玻色子(现今此粒子已被证实存在了)。SU(2)测量仪理论、电磁力和希格斯机制三者的组合称为格拉肖-温伯格-萨拉姆模型。它是目前广泛接受为标准模型的一大支柱。W和Z粒子的发现是欧洲核子研究组织的主要成就之一。首先,于1973年,实验观察到了弱电理论预测的中性流作用;那时加尔加梅勒的气泡室拍摄到有一些电子突然自行移动的轨迹。这些观测结果被诠释为微中子借由交换没有轨迹的Z玻色子与电子互相作用。由于微中子是侦测不到的,因此实验中只能看到电子因着交互作用而造成的动量改变。W和Z粒子要到能量够高的粒子加速器建立后才正式被发现。第一部这样的加速器是超级质子同步加速器,其中卡洛·鲁比亚和西蒙·范德梅尔在1983年一月进行的一连串实验给出了明显的W粒子证据。这些实验称作“UA1”(由鲁比亚主导)和“UA2”,且为众多人合作的努力成果。范德梅尔是加速器方面的驱策者(随机冷却)。UA1和UA2在几个月后(1983年五月)找到Z粒子。很快地鲁比亚和范德梅尔因而得到1984年的诺贝尔物理学奖,这可算是保守的诺贝尔奖基金会自成立以来相当不寻常迅速的一次。

相关

  • 肠套叠肠套叠是指一段肠道套入另一段肠道的一种症状,形成像直筒式望远镜收纳时一般的折叠状。虽然任何部分的肠道都有可能发生肠套叠,但是其中以回肠与结肠交会处是最常发生肠套叠的
  • 浊度本词条中浊度专指水质浊度(Turbidity),是指水样中因为大量肉眼可见悬浮物质而造成的混浊情形,类似空气中的烟。浊度量测是水污染的重要测试项目之一。其他浊度可能有尿液浊度。
  • 高血糖高血糖(英语:Hyperglycemia)是指过量葡萄糖在血浆中堆积的医疗状况,一般指血糖水平高于11.1毫摩尔/升(200毫克/分升),但在血糖升到15-20毫摩尔/升(250-300毫克/分升)之前症状都不明显
  • 海藻糖海藻糖(Trehalose)是自然界的动植物和微生物中广泛存在的一种双糖,它是由2个葡萄糖通过 α,α-1,1-糖苷键所形成的非还原性糖,按其化学结构可写成 α-D-吡喃葡萄糖基-(1→1)-α-
  • 栉水母动物门栉水母(Ctenophores),又名海胡桃,是一类两胚层动物,属辐射对称动物,现被划分为栉水母动物门(学名:Ctenophora),又名有栉动物门、栉板动物门。原和刺丝胞动物一起分在腔肠动物门,作为无
  • 色矛纲色矛纲(学名:Chromadorea)之下只有色矛亚纲(学名:Chromadoria)一个分类单元,包括下列八个目:原来的蛔虫目(Ascaridida)及旋尾目(Spirurida)已被分别降为蛔形下目及旋尾下目。
  • 营养体营养体(Trophosome;源自trophē),亦作滋养体,是一种在部分原口动物(例如:须腕科物种)体腔(英语:coelomic cavity)内的深绿棕色海绵组织器官,用来储存内共生细菌,以为其宿主提供完全营养。
  • 硫酸孕烯醇酮硫酸孕烯醇酮(英语:Pregnenolone sulfate,缩写PREG-S、PREGS,也可称为孕-5-烯-3β-硫酸酯-20-酮,pregn-5-en-3β-ol-20-one 3β-sulfate)是一种内源性的神经甾体,合成自孕烯醇酮,常
  • 马其顿安提柯王朝陆军马其顿安提柯王朝陆军,是马其顿王国于安提柯王朝时期的陆上武装力量,存在时间从前276年到前168年。它是希腊化时期希腊最强大的陆军,维持到前168年彼得那战役战败为止,并被解散
  • 附着语素附着语素(英语:Clitic;源自古希腊语:ἐγκλιτικός“倾斜”)是一个词法学概念,上指在句法作用有如一自由词素,在语音学上却表现出规范语素特性的语素,其发音必须依附于前面或