夸克和轻子
夸克和轻子是构成标准模型中所有已知物质的两种自旋-1/2基本费米子家族。
用 PaperMind 寻找选题即将推出Find papers & topics
Tools & resources
Learn & explore
视频即将推出
Definition
夸克和轻子是标准模型中的基本自旋-1/2费米子;夸克(上、下、粲、奇、顶、底)带有色荷并结合成强子,而轻子(电子、μ子、τ子及其各自的中微子)不带色荷,仅通过电弱力相互作用。
Scope
本主题涵盖六种夸克和六种轻子,它们如何排列成三代,以及区分它们的量子数:电荷、色荷、弱同位旋和味。它探讨了夸克(带有色荷并被限制在强子内部)与轻子(不带色荷并可以作为自由粒子存在)之间的区别,以及它们各自的反粒子和费米子质量的经验模式。
Core questions
- 为什么夸克和轻子恰好以三代递增质量的形式存在?
- 哪些量子数区分了不同的夸克和轻子?
- 为什么夸克被限制在强子内部,而轻子可以自由存在?
- 味变弱相互作用如何混合夸克代?
Key concepts
- 六种夸克味和分数电荷
- 带电轻子和中微子
- 三代费米子
- 色荷和夸克的禁闭
- 弱同位旋双重态
- 反夸克和反轻子
Key theories
- 强子的夸克模型
- 盖尔曼和茨威格提出强子由带分数电荷的夸克组成,其中重子由三个夸克构成,介子由一个夸克-反夸克对构成,这解释了观测到的强相互作用粒子的谱。
- 三代味结构
- 夸克和轻子以三代形式重复,具有相同的规范相互作用但质量不同,夸克代通过卡比博-小林-益川矩阵在带电流弱过程中混合。
Clinical relevance
夸克和轻子的性质构成了所有原子物质的基本组成部分,决定了质子和中子的组成,并通过对撞机和固定靶实验进行高精度测量,以检验标准模型并寻找新的代或亚结构。
History
夸克模型由盖尔曼和茨威格于1964年独立提出,旨在组织当时数量激增的强子家族。1960年代末在SLAC进行的深度非弹性散射实验揭示了质子内部的点状组分。轻子家族通过μ子、τ子及其相关中微子的发现而得以扩展,而粲夸克、底夸克和顶夸克则在1995年前完成了三代结构。
Key figures
- Murray Gell-Mann
- George Zweig
- Makoto Kobayashi
- Toshihide Maskawa
Related topics
Seminal works
- gellmann1964
- halzenmartin1984
Frequently asked questions
- 为什么从未观测到自由夸克?
- 夸克被强相互作用禁闭:分离它们所需的能量随距离增加,因此将夸克拉开会产生新的夸克-反夸克对,而不是孤立的自由夸克。
- 夸克和轻子有多少代?
- 目前已知有三代。对Z玻色子衰变宽度的测量将轻中微子种类数量限制为三种,这与恰好三代普通费米子的情况一致。