基本粒子理论

2016/10/14 13:54:08

基本粒子理论

基本粒子的结构、相互作用和运动转化规律的理论，它的理论体系就是量子场论。按照量子场论的观点，每一类型的粒子都由相应的量子场描述，粒子之间的相互作用就是这些量子场之间的耦合，而这种相互作用是由规范场量子传递的。

20世纪30年代以来，基本粒子理论在实验的基础上有了很大进展。在粒子结构方面，人们已经通过对称性的研究深入到了一个层次，肯定了强子是由层子和反层子组成的，对真空特别是对真空自发破缺也有了新的认识。在相互作用方面，发展了可描述电磁相互作用的量子电动力学，发展了能统一描述弱相互作用和电磁相互作用的弱电统一理论，可用于描述强相互作用的量子色动力学。它们无一例外都是量子规范场理论，并且都在很大程度上与实验一致，从而使人们对各种相互作用的规律性有了更深一层的了解。

基本粒子理论在本质上是一个发展中的理论，它在许多方面还不能令人满意。其中有两个具有哲学意义的理论问题尚待澄清，即:层次结构问题(见物质结构层次)和相互作用统一问题(见相互作用的统一理论)。在物质结构的原子层次上，可以把原子中的电子和原子核分割开来;在原子核层次上，也可以把组成原子核的质子和中子从原子核中分割出来。可是进入到"基本粒子"层次后，情况有了变化。这种变化在于强子虽然是由带"色"的层子和反层子组成的，但却不能把层子或反层子从强子中分割出来。基本粒子特征
基本粒子特征
这种现象被称为"色"禁闭。于是，在"基本粒子"层次，物质可分的概念增添了新的内容。可分并不等于可分割，强子以层子和反层子作为组分，但却不能从强子中分割出层子和反层子。"色"禁闭现象的原因至今还未能从理论上找到明确答案。80年代已知的层子、反层子已达36种，轻子、反轻子已达12种，再加上作为力的传递者的规范场粒子以及 Higgs粒子，总数已很多，这就使人们去设想这些粒子的结构。物理学家们对此已经给出许多理论模型，但各模型之间差别很大，还很难由实验验证和判断究竟哪个模型正确。

模型理论

在弱电统一理论获得成功之后，人们又探求强作用和弱作用、电磁作用三者之间的统一，提出了各种大统一模型理论。这种理论预言质子也会衰变，其寿命约为1032±2年。但还没有得到实验上的证实。在探索力的统一理论时不能不考虑引力。但引力和弱作用力、电磁作用力、强作用力有重要差别，因为它直接与空间、时间的测度有联系，它的传递者──引力子的自旋不同于其他三种作用力的传递者，它的耦合常数有量纲~(质量)-2 ，从而会出现无穷多种发散，不能重整化。如果再考虑到A.爱因斯坦所提出的引力方程的非线性性质，就更增加了引力理论量子化、重整化的困难。初步的探讨认为，引力场也是一种规范场，这就意味着引力和其他三种基本力在逻辑上最终会统一起来。但从问题的深度上可以看到，有一些关键性的因素人们还没有掌握。