当前位置: 首页 >> 基本常识
人气推荐
事实证明:宇宙中的粒子是对称的!但是真相呢?
  
  来源: www.scpt.net.cn 点击:1078

自然界的对称性为我们对宇宙的基本理解提供了重要线索,从万有引力的普遍性到高能下自然力的统一性。

在20世纪70年代,物理学家发现了一种潜在的对称性,这种对称性将宇宙中的所有粒子联系起来,从电子到光子,以及它们之间的所有粒子。这种联系被称为超对称性,依赖于自旋的奇怪量子属性,可能是对物理学新理解的关键。

对称性的发展

几个世纪以来,对称性使物理学家能够在整个宇宙中找到潜在的联系和基本关系。艾萨克什么时候?艾萨克牛顿第一次发现,从树上摘苹果的重力与月球绕太阳旋转的重力完全相同。他发现了一个对称的:度重力定律,这个定律确实普遍适用。这种洞察力使他在理解自然的运作方面有了巨大的飞跃。

整个19世纪,世界各地的物理学家都对电、磁和辐射的奇特性质感到困惑。什么使电流沿着电线流动?一个旋转的磁铁怎么能推动同样的电流?只是波还是粒子?詹姆斯克拉克麦克斯韦把所有这些不同的研究分支统一成一组简单的电磁方程。经过几十年的艰苦思考,他取得了明显的数字突破。

阿尔伯特爱因斯坦也把牛顿的理论向前推进了一步,留下了自己的印记。他提出了一个理论,所有的物理定律都应该是一样的,不管你的位置或速度如何,他揭示了狭义相对论。为了保持这种自然的对称性,时间和空间的概念必须重写。加上重力,他得到了广义相对论,这是我们对力的现代理解。

甚至我们的守恒定律,能量守恒,动量守恒等等。也取决于对称性。事实上,你可以日复一日地做一个实验,并得到相同的结果,这揭示了时间的对称性,通过艾米诺特的数学天才,这导致了能量守恒定律。如果你重复你的实验,仍然得到同样的结果,当然,你只能找到空间的对称性和相应的动量守恒。

在宏观世界中,这是我们在自然界中遇到的所有对称,但亚原子世界是另一幅图景。我们宇宙中的基本粒子有一个有趣的特性,叫做“自旋”。它首先在实验中被发现,通过不同的磁场发射原子,像旋转的带电金属球一样偏转它们的路径。

但是亚原子粒子不会旋转。在一些实验中,它们的行为就像带电的金属球。与传统世界中的类似粒子不同,亚原子粒子的旋转量不同。相反,每个粒子都有自己独特的自旋量。

对于各种粒子数据,一些粒子(如电子)的自旋?和其他粒子如光子自旋1。如果你想知道光子如何像旋转的带电金属球一样运动,你可以自由地想象“自旋”是亚原子粒子的另一种性质。我们必须知道它们的质量和电荷。一些粒子具有更多的这种性质,而另一些粒子则更少。

一般来说,粒子主要有两种类型:一种是半整数自旋粒子(1/2,3/2,5/2等。),另一个是具有整数自旋的粒子(0、1、2等。)。这一半叫做“费米子”,由:个电子、夸克、中微子等组成,它们是我们世界中的基本粒子。还有一些所谓的玻色子,它们是自然力:光子、胶子和其他的载体。

但在20世纪70年代,弦论者开始批判性地研究粒子自旋的本质,并开始怀疑是否存在自然对称。这个想法很快扩展到弦线之外,成为粒子物理学中一个活跃的研究领域。如果是真的,这种“超对称性”将把这两个看似完全不同的粒子家族结合起来。但是这种超对称会是什么样子呢?

基本原理是,在超对称性中,在玻色子世界中,每个费米子都有一个“超合作粒子”(称为“互补色粒子”),反之亦然,质量和电荷完全相同,但自旋不同。例如,电子粒子(“选择器”)应该具有与电子相同的质量和电荷,但自旋为1。

因此,无论如何,这种对称性在我们的宇宙中必须被打破,我们必须将恒星的质量推出粒子对撞机的范围。到目前为止,有许多不同的方法来实现超对称。所有的方法都可以预测和选择不同质量的夸克、停止夸克、中子和其他任何东西。

到目前为止,还没有发现超对称的证据,大型强子对撞机的实验已经排除了最简单的超对称模型。然而,这并不能证实自然界中不存在超对称性。我们需要的是进一步的探索。

友情链接:
南坑村信息网 版权所有© www.scpt.net.cn 技术支持:南坑村信息网 | 网站地图