...爱因斯坦共事合作,理论成果丰硕,却没有得诺贝尔物理学奖!_百度文 ...
导读:玻的全名是萨特延德拉·纳特·玻。是一个对粒子物理做出卓越贡献的人。本章旨在告诉大家,所有的例子,不是费米子,就是玻子。
这是第十四章,我的行文脉络到此思维还是清晰的,前言写出了为什么继续写这本书。第一章就阐明了我的一个总的基调,然后从EPR之争,贝尔不等式开启了本篇的内容。
之后介绍了经典物理史的发展,再介绍了量子力学的发展历史。这两章内容,大概占到了3万多字,看似枯燥,但其实内容庞大,对这两章内容熟悉,我们就能对整个物理发展史有一个大概的了解。
接着是来介绍和光有关的各种实验,直到第十三章才进行了光知识的总结性认识。但还不够究竟,所以我们还要继续深入量子力学的点滴。那么就必须走近量子力学的众多粒子世界,这就是为什么要写这一章内容。
在介绍粒子世界的开始,我给大家截一张图。大家先看这张图,就能理清了众多粒子的归属。然后再慢慢一步步深入了解。
从上图我们可以看出,量子力学的分支粒子物理是如何划分粒子的。
1、基本粒子分为两类,就是我们常说的费米子和玻子。
2、下来是复合粒子,分为强子和其他粒子。
3、假想的基本粒子,所谓假想,即是没有被真正发现的粒子。还停留下理论预言阶段。
4、还有假想复合粒子。
5、最后是准粒子。
我们这一章不对具体的粒子做介绍,我们的任务是要理解和了解粒子是如何划分的,是根据什么来分类的?
诺贝尔为什么没有数学奖这样做的目的,是为了后面,我们能够更深入的解释和理解量子物理学的种种现象。
首先来认识一下什么叫费米子。费米子(fermion):费米子是依随费米-狄拉克统计、角动量的自旋量子数为半奇数整数倍的粒子。
费米子得名于意大利物理学家费米,遵从泡利不相容原理。根据标准理论,费米子均是由一批基本费米子组成的,而基本费米子则不可能分解为更细小的粒子。
费米子包括所有夸克与轻子,任何由奇数个夸克或轻子组成的复合粒子,所有重子与很多种原子与原子核都是费米子。术语费米子是由保罗·狄拉克给出,为纪念恩里科·费米在这领域所作的杰出贡献。
费米子可以是基本粒子,例如电子。也可以是复合粒子,例如质子、中子。根据相对论性量子场论的自旋统计定理,自旋为整数的粒子是玻子,自旋为半整数的粒子是费米子。除了这自旋性质以外,费米子的重子数与轻子数守恒。因此,时常被引述的“自旋统计关系”实际是一种“自旋统计量子数关系”。
在无限深方形阱里,两个全同费米子的反对称性波函数绘图。[注 1]
根据费米-狄拉克统计,对于N个全同费米子,假设将其中任意两个费米子交换,则由于描述这量子系统的波函数具有反对称性,波函数的正负号会改变。
由于这特性,费米子遵守包利不相容原理:两个全同费米子不能占有同样的量子态。因此,物质具有有限体积与硬度。费米子被称为物质的组成成分。质子、中子、电子是制成日常物质的关键元素。
基本费米子:
标准模型确认两种基本费米子:夸克与轻子。而这2类基本费米子,又分为合共24种味(flavour):
12种夸克:包括上夸克 (u)、下夸克 (d)、奇夸克 (s)、粲夸克 (c)、底夸克 (b)、顶夸克 (t),及它们对应的6种反粒子。
12种轻子:包括电子(e-)、μ子 (μ-)、τ子 (τ-)、电中微子(νe)、μ中微子(νμ)、陶中微子(ντ),及对应的6种反粒子。
理论而言,费米子有三种:不带质量的外尔费米子、带质量的狄拉克费米子、粒子与反粒子相同的马约拉纳费米子。
物理学者认为,大多数标准模型费米子是狄拉克费米子,虽然物理学者们尚不清楚中微子是狄拉克中微子还是马约拉纳中微子。狄拉克费米子可以视为左手的外尔费米子与右手的外尔费米子的组合。
复合费米子:依它们组成的成分而定,复合粒子可以是玻子或费米子。更精准而言,由于自旋与统计之间的关系,奇数数量的费米子可以组成一个费米子,它的自旋为半整数。例如,像中子、质子这些强子,都是由三个夸克组成的费米子。
在复合粒子内部的玻子数量不会改变这复合粒子是玻子还是费米子。
复合粒子到底是玻子还是费米子,这判别是在远距离(与粒子尺寸做比较)进行。在复合粒子邻近,空间结构开始显得重要,其物理行为与组成的成分有关。

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