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从空中楼阁到微观世界的理论基石 空中楼阁理论


从空中楼阁到微观世界的理论基石 空中楼阁理论

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【从空中楼阁到微观世界的理论基石 空中楼阁理论】空中的亭子理论(从空中的亭子到微观世界的理论基石)
写|魅力先生
资料来源:残先生
2012年7月4日，在CERN主报告厅举行了一场特别的讲座 。
在这次会议上，在欧洲LHC上运行的两个实验宣布了他们的最新结果:他们同时发现了希格斯粒子 。
半个多世纪前预言希格斯粒子的彼得·希格斯和弗朗索瓦·恩格勒也应邀参加了讲座 。
在演讲过程中，彼得·希格斯不时被媒体拍到擦眼睛 。显然，这位83岁的老人有点激动 。

被媒体拍到擦眼角的彼得·希格斯 。
报告会上，两个实验的科学家分别展示了他们的最新数据 。当最终结果宣布时，科学家们兴奋地举起了拳头，接受了观众的欢呼 。“终于，我们找到了！”

科学家为希格斯粒子的发现欢呼
这是几乎所有粒子物理学家期待了半个世纪的结果 。几位德高望重的理论物理学家近半个世纪前的研究成果，终于得到了实验物理学家的证实 。
为什么这个发现如此激动人心？因为，物理学的顶级分支——粒子物理学在几十年的发展过程中，逐渐建立了一套完整的理论框架，被称为粒子物理学的标准模型 。这个框架中几乎所有的底层粒子都被找到了 。希格斯粒子被认为是最后一个底粒子，因此也被称为“标准模型的最后一个谜题” 。

粒子物理学的标准模型
现在，科学家们所知的标准模型建筑的最后一个框架也已经搭好了 。粒子物理这个标准模型的发展，凝聚了近一个世纪几代信息资源网络人的心血 。
保利的疑虑如果我问你，这个世界上有多少种“力”？你可能会列出“重力、摩擦力、磁力、压力、浮力……很多很多！”但如果你问一个现代粒子物理学家，世界上有多少种“力”，你会得到四种答案:强核力(强相互作用)、弱核力(弱相互作用)、电磁力和万有引力 。那么为什么普通人眼中的力的类型和物理学家眼中的不同呢？那是因为，除了万有引力来自于万有引力之外，生活中几乎所有能感受到的力本质上都来自于电磁相互作用 。
你可能会奇怪，为什么那些不带电的物体产生的力本质上是来自电磁力 。事实上，摩擦力、压力等力 。，看似没有电和磁的参与，都是微观层面上分子之间的相互作用，分子之间通过各自的电磁场相互影响 。所以这些宏观的不带电的磁力，其实是来自源头的电磁相互作用 。
那么，为什么我们看到的世界感受不到重力和电磁力之外的那两种力呢？强核力，弱核力，分别是什么？事实上，顾名思义，强核力和弱核力的影响范围极短，只能在原子核内发挥作用，也是实验物理学家通过对放射性衰变的分析发现的 。就像橡皮筋一样，强核力把原子核中因为电荷相同而相互排斥的粒子拉在一起，而弱核力则是启动恒星放射性衰变和氢聚变的力 。
人类最熟悉的基本力是引力，这也是在宇宙尺度上维持恒星运动的最直观的力 。随着上个世纪电磁学和电动力学理论的发展，特别是在19世纪中期英国物理学家麦克斯韦总结出一组描述电场、磁场、电荷密度和电流密度之间关系的偏微分方程——麦克斯韦方程组之后，人类对宏观电磁力及其传播子光子有了深刻的认识 。20世纪20年代，赫尔曼·沃尔(Herman Wail)在试图统一广义相对论和电磁学时，从数学上把麦克斯韦方程组描述的场概括为规范场 。
这里的规范场是指满足某种规范变换不变性的物质场 。举个例子:我们熟悉的地球引力 。如果在地球附近的引力场中举起一个苹果，地球引力给苹果带来的引力势能的大小会因为零点的选择而不同，所以引力势能的分布不是一个标准场 。但无论引力势能零点如何选取，固定位置的苹果上的引力大小是一定的，所以重力场就是标准场 。同样，电磁场也是规范场 。
但是，与重力和电磁力这两种很容易观察到宏观效应的力不同，另外两种基本力的认知过程要困难得多 。因为一开始，对另外两种力的研究只能在放射性衰变等看不见摸不着的反应中进行 。
19世纪末发现放射性元素后，欧内斯特·卢瑟福和约瑟夫·汤慕孙研究了铀在磁场中的辐射偏转，发现铀辐射有三种:带正电荷、带负电荷和不带电 。他们分别把这三种射线称为射线、射线、射线，相应地把发出射线和射线的衰变过程命名为衰变和衰变 。
在1930年的物理学界，人们在讨论一个严肃的问题，能量、动量和自旋角动量到底要不要守恒，因为当时实验观测到的衰变能谱总是呈现出弥散的状态，无法给出一个确定的能量值 。这个问题深深触动了基本守恒定律，几乎撼动了几千年来物理学的基石 。但当时相对论和量子论的发展已经一次又一次打破了物理学家的世界观，人们已经开始仔细考虑守恒定律也被打破的可能性 。


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