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基本粒子還基本嗎?
2008/08/13 08:48:41瀏覽4522|回應3|推薦9

我們從「原子有多空」一文得知,電子軌道內大部分是空的,只有中央一個小小的原子核,外面遠遠繞著幾顆微不足道的電子。中子星之所以那麼緊密、沉重,就是因為原子內部空間被擠掉的結果。

既然中子星那麼緊密、沉重,那麼它的「組件」─原子核,裡頭滿滿都是中子,一定很「實在」吧?

其實不然。「中子星的顏色」裡提到:『一個中子裡有三個夸克:一個上夸克﹝含 +2/3 電荷﹞,兩個下夸克﹝各含 -1/3 電荷﹞。所以中子不帶電:2/3-1/3-1/3=0』。而這些夸克‧‧‧『的「巡邏範圍」就是我們所謂的質子與中子』。

三個夸克並不是像三顆彈珠,貼在一起就叫作中子或質子的。事實上,在粒子物理的範疇裡,根本沒有所謂「貼在一起」這回事。這三個夸克的位置無從確認;彼此之間的關係,由強作用力界定,而強作用力的執行者,叫做「膠子」。這方面的理論,就叫「量子色動力學」。

恰如帶電粒子彼此之間的關係,由電磁力界定,而電磁力的傳遞媒體,叫做「光子」。這方面的理論,就叫「量子電動力學」。二者如出一轍。

膠子有八種,都屬於「玻色子」或稱為「素粒子」類。它們帶有「正夸克」的「正色荷」與「反夸克」的「反色荷」,充當夸克之間的媒介或交易品,專門負責傳遞色荷。色荷之於夸克就如同電荷之於電子。不過別把這「色」當成顏色的「色」。

「玻色子」相對於「費米子」,二者完全不同:

玻色子:非物質粒子,整數自旋值,負責輻射與力的傳遞,多顆可同在一處。像光子或膠子就是玻色子。

費米子:物質粒子,半整數自旋值,負責物質的構成,多顆不可同在一處。像電子或夸克就是費米子。

我們的宇宙有物質﹝「東西」﹞,要歸功於「費米子」。

費米子或聚或散,或吸或斥,宇宙有光有熱有種種力,有「作用」,有物理、化學、生物,有生命有我們,則要拜「玻色子」之賜。

物質的基本粒子夸克,本身也相當的「空」,更不要說它們構成的質子、中子、乃至原子核、原子、分子。

那麼素粒子的玻色子怎麼樣?玻色子類也叫「虛粒子」,連質量為零的都有,更「空」得可以。負責傳遞電磁力的「光子」,和負責傳遞重力的「重力子」,乃至負責傳遞強作用力的「膠子」,都沒有質量。沒有質量的東西誰能比它更空?

順便提一下,弱作用力的媒介粒子有三:W+, W-, Zo,都有些許質量。

越重要、越基本的粒子越難找。負責傳遞重力的「重力子」和負責賦與物質質量的「希格場玻色子」都還沒找到。這是科學,我們要嘛說找到了,要嘛說還沒找到;我們不「相信」找得到,也不「相信」找不到。沒什麼好「相信」或「不相信」的,努力找就是了。

總的來說,宇宙物質絕大部分是由上、下夸克和電子所組成。六種夸克裡的其餘四種:頂夸克、底夸克、惑夸克、魅夸克,如果從宇宙消失,我們大概也不會察覺。素粒子方面我們談到過的、也比較重要的有:

重力→重力子

強力→膠子﹝八種﹞

弱力→W+, W-, Zo﹝能使中子與質子互變﹞

電磁力→光子

電子怎麼樣?是什麼來頭?屬什麼類型?

電子這種粒子屬於輕子類。輕子有六﹝六輕?﹞:電子、渺子、陶子、電微中子、渺微中子、陶微中子。其中三種「微中子」不帶電,其餘三種帶負電。

所有的輕子都屬半整數自旋粒子,也就是說,都是費米子。而且六者都有質量。輕子還有一個重要性質就是它們不感受強作用力。

不消說,這裡就數電子最重要了。其他的都不見了也沒什麼關係。

感受強作用力的粒子叫做「強子」─不用說,這是一個種類而不是一顆粒子。所謂強子,事實上就是「由夸克組成的粒子」。分為兩種:

屬費米子類的叫做「重子」,為物質粒子。

屬玻色子類的叫做「介子」,為非物質粒子。

頭暈了嗎?

如果還沒有,那麼請問:

一、重子的自旋為何?與重子相反的費米子叫什麼?

二、介子帶不帶電荷?帶不帶色荷?

所有的粒子還都有它們的反粒子。還有,所有的費米子也都有它們的玻色子「伴侶」,所有的玻色子也都有它們的費米子「伴侶」。

譬如說,電子﹝electron﹞的「超對稱」玻色子伴侶叫做selectron(supersymmetric bosonic partner of electron)

重力子﹝graviton﹞的「超對稱」費米子伴侶叫做gravitino(supersymmetric fermionic partner of graviton)

反粒子咱們就暫且不說了吧?

如果你頭還不暈,我可暈了。您請繼續,小弟先告退了呗?

高能/粒子物理最討厭了!下回咱們來聊黑洞、空間、與時間吧?

宇宙誕生的最初三分鐘才有趣呢!那種驚奇可不是「大吃一驚」可以形容的。有空再聊囉?

( 知識學習科學百科 )
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引用網址:https://classic-blog.udn.com/article/trackback.jsp?uid=GolfNut&aid=2126764

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GolfNut — 無心的邂逅
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基本粒子
2014/07/17 22:59
In particle physics, an elementary particle or fundamental particle is a particle whose substructure is unknown, thus it is unknown whether it is composed of other particles.

Known elementary particles include the fundamental fermions (quarks, leptons, antiquarks, and antileptons), which generally are "matter particles" and "antimatter particles", as well as the fundamental bosons (gauge bosons and Higgs boson), which generally are "force particles" that mediate interactions among fermions.

A particle containing two or more elementary particles is a composite particle.

So atoms involve all elementary particles except Higgs boson, with graviton missing.
GolfNut — 無心的邂逅(GolfNut) 於 2014-07-18 11:50 回覆:

看見沒有?“the fundamental fermions (quarks, leptons, antiquarks, and antileptons), which generally are "matter particles",“bosons (gauge bosons and Higgs boson), which generally are "force particles"

前面那老包還想來誑我說沒有什麼叫做「物質粒子」、「非物質粒子」。我雖然不是科班出身也沒那麼好誑。只要正確,愛因思坦都誑不倒我。

GolfNut — 無心的邂逅(GolfNut) 於 2014-07-18 12:05 回覆:

他只是在「不爽」我「侵門踏戶」。這位「愀愀」要不要和我一起上網修相對論,比比最後成績?看來「愀愀」是科班,修過,沒關係我可以讓他「重修」。畢竟實力才是硬道理,尖酸刻薄外加不敢登入顯得低級。

科學沒有門戶。弦論系列文章裡提到諸多名家,其中有一位原來是開卡車的,名字記不得了。自以爲科班就一言九鼎,別人都不能置喙...器小量狹,可笑。


chinhao
錯誤概念 (續)
2008/09/13 15:23
"順便提一下,弱作用力的媒介粒子有三:W+, W-, Zº,都有些許質量。"


你說的這三個例子都很重,都是氫原子的80~90倍重



"屬費米子類的叫做「重子」,為物質粒子。

屬玻色子類的叫做「介子」,為非物質粒子。"


定義不對。由三個夸克組合成的就叫重子,由兩個夸克組成的就是介子,就這麼簡單。你的物質粒子跟非物質粒子就錯到不可思議了...

GolfNut — 無心的邂逅(GolfNut) 於 2008-09-13 17:44 回覆:

chinhao

我好像沒說我是在「定義」什麼東西,不過如果要談定義那就來談吧。baryon ﹝重子﹞的定義,網上翻書有困難,不過根據人人都找得到的 wikipedia "the family of subatomic particles with a baryon number of 1" “strongly interacting fermions”,並不是你說的「由三個夸克組合成的就叫重子」。雖然大部分的重子都是三顆夸克組成,也有四顆正夸克和一顆反夸克組成的exotic baryons pentaquarks 的。不知你重子的「定義」出自何處?

同樣,meson ﹝介子﹞的定義是 "strongly interacting bosons",不是你說的「由兩個夸克組成的就是介子」。敢情您是‧‧‧自己定義?

所以我說的:

所謂強子,事實上就是「由夸克組成的粒子」。分為兩種:

 屬費米子類的叫做「重子」,為物質粒子。

屬玻色子類的叫做「介子」,為非物質粒子。"

並沒有錯。

你說的這三個例子都很重,都是氫原子的80~90倍重」。我隨便算了一下,Z 粒子有 91 GeV/c 的質量,氫原子就算一顆質子好了,質子質量是 938 MeV/c,你說的80~90倍重沒錯。 不過看我上下文,並沒說它們輕的意思,因為前面提到無質量的膠子,所以說這三顆有質量以示區別而已。

「‧‧‧就錯到不可思議了」

屬於 opinion 類的回應,不答。


chinhao
文章部分內容有誤
2008/09/13 15:22
您好

貴文物理概念錯誤太多,僅提出以下顯而易見者。建議仔細閱讀大一普通物理課本,而不是科普讀物

"玻色子:非物質粒子,整數自旋值,負責輻射與力的傳遞,多顆可同在一處。像光子或膠子就是玻色子。"

我想你這邊所說的玻色子,應該只有W和Z。但是玻色子也是"物質粒子"(雖然你的物質粒子定義很不明確,物理學課本也沒有這個定義)。很多原子都是玻色子,例如氫原子。
玻色子跟費米子只有一個定義。自旋為整數者為玻色子,為半整數者為費米子。詳情請參閱大一普物課本

因此貴文中所有關於玻色子與費米子的說明基本上通通有誤。

"
物質的基本粒子夸克,本身也相當的「空」,更不要說它們構成的質子、中子、乃至原子核、原子、分子。"

就目前實驗已知的結果,夸克並沒有內部構造,所以目前夸克就是一個點,沒有所謂本身很"空"的這種構造


GolfNut — 無心的邂逅(GolfNut) 於 2008-09-13 19:26 回覆:

『我想你這邊所說的玻色子,應該只有WZ。』

「你這邊所說的玻色子」不止WZ:有Y, g, W, Z, H

 

『玻色子跟費米子只有一個定義。自旋為整數者為玻色子,為半整數者為費米子。』

我並沒定義玻色子跟費米子。要定義的話,真的定義在此:

By definition, bosons are particles which obey Bose-Einstein statistics

By definition, fermions are particles which obey Fermi-Dirac statistics

 

『很多原子都是玻色子,例如氫原子。』

沒錯。不過我好像也沒說它不是吧?


『因此貴文中所有關於玻色子與費米子的說明基本上通通有誤。』
其實只是我在講基本玻色子,你在說合成玻色子,如此而已。還有,真是「通通有誤」嗎?那為什麼標題又是「部分有誤」?還有,是「統統」不是「通通」。

 

『就目前實驗已知的結果,夸克並沒有內部構造,所以目前夸克就是一個點,沒有所謂本身很""的這種構造』

所以依你之見:

「沒有內部構造」+「就是一個點」→不空

「有內部構造」+「不是一個點」→才空

是這樣嗎?

 

其他與事理無關之個人意見類發言,無論善意惡意,一概不答。我立身處世的原則之一就是,我對你錯可以,我不會侮辱你;你對我錯也可以,我不會讓你侮辱。事理有是非對錯,叫人去讀什麼大一教科書之類的言論並不怎麼 decent,大可不必。如果這是對其他讀者,我就刪了。