标准模型给了我们一个标准粒子的概述,元素周期表,但它缺乏粒子之间的相互联系。简单地说,它缺乏可视化。
更好地可视化材料是一个困扰科学家们很长一段时间的问题。粒子物理学家Chris Quigg在2005年使用了双单纯形方法。这在一定程度上解决了问题。
奎格的想法于2020年投入使用,《量子杂志》使用奎格的方案绘制了他们所谓的“所有粒子和力的新地图”。
在我们尝试双单纯形方法之前,有必要更好地理解标准模型:
费米子和玻色子分别被分类。进一步细分,费米子分为夸克和轻子,矢量和标量是玻色子的类别。
费米子的主要特征是“自旋”,它要么是左手旋,要么是右手旋。在进行分组时,手性是基本的,因为它影响粒子的相互作用,奇怪的是,没有右手中微子。
上下夸克组成原子核。夸克决定质子的总电荷。左手夸克可以相互转化,而右手夸克不能相互转化。上夸克的电荷是+2/3,下夸克的电荷是-1/2。
费米子的第二类是轻子。进一步分为两类,电子和中微子。就像左旋夸克一样,左旋电子和中微子通过弱力相互淹没。另一方面,右旋玻色子和右旋轻子不能通过弱力相互转化。
说到玻色子,它们是重力较小的力载体。我们简要地讨论了不同的粒子是如何相互淹没的;然而,电磁相互作用、弱中性相互作用和希格斯机制却被忽视了。
所有这些力中最常见的是电磁力。这里的基本因素是,如果一个粒子带电荷,它就会有电磁力。这是因为光子携带相互作用;只有力在这里变化,粒子没有变化。
这些力的分离发生在宇宙冷却时,与希格斯场的出现同步,其中的激发对应于希格斯玻色子。
这个场负责为粒子提供质量。希格斯玻色子使在空间中运动的粒子与希格斯场相互作用。这种相互作用改变了动量,并为材料提供了阻力,就好像它不是在真空空间中移动,而是在充满介质的空间中移动一样。这种发生的阻力被认为是质量。
要完全理解这一点,我们必须了解费米子世代。在讨论了第一代夸克和轻子之后,我们将讨论粲夸克和顶夸克,它们是下夸克较重的亲戚。类似地,μ子和τ子以及它们的中微子是电子和中微子的重表兄弟。夸克可以在几代之间转换,而轻子还没有被观察到这样做。
最后,我们来看看克里斯·奎格设计的地图。地图分为两部分。右、左费米子,携带以线表示的相互作用的玻色子,不同颜色夸克之间的三角形区域(这些区域代表胶子和胶子之间的胶子相互作用),希格斯玻色子位于中间,给予粒子质量。
橙色的直线描述W玻色子,而弱中性相互作用(Z^0 Bison)用橙色的波浪线表示。电磁相互作用(光子)用白色波浪线描绘。黄色虚线表示希格斯相互作用(希格斯玻色子)。强相互作用(胶子)在阴影的三角形区域。
一个简单的周期表显示了基本粒子的简单可视化,而Quigg的地图显示了相互作用,手性的重要性和粒子之间的复杂关系。至少可以说,这是一个出色的视觉学习工具。