W及Z玻色子
| W及Z玻色子 |
|
中文名: W及Z玻色子 所属科目: 物理学 作 用: 负责传递弱核力 发现时间: 1983年 |
W及Z玻色子，在物理学中，W 及 Z 玻色子是负责传递弱核力的基本粒子。它们于 1983年在欧洲原子能研究中心（CERN）被发现的。这次发现被认为是粒子物理中的标准模型的一大胜利。
目录
产品介绍
W 玻色子是因弱核力的“弱”（Weak）字而命名的。而 Z 玻色子则半幽默地因是“最后一个要发现的粒子”而名。另一个说法是因 Z 玻色子有零（Zero）电荷而得名。
W 玻色子有两种，分别有 +1（W+）和 −1（W−）单位电荷。W+ 是 W− 的反粒子。而 Z 玻色子（Z0）则为电中性的，且为自身的反粒子。这三种粒子皆十分短命，其半衰期约为3秒。
这些玻色子在各种基本粒子之中属重型的一类。W 的质量为 80.4 GeV，而 Z 则为 91.2 GeV。它们差不多是质子质量的一百倍 —— 比铁原子还要重。玻色子的质量是十分重要的，因其限制了弱核力的相用范围。相对地，电磁力的相用范围无限远因为光子无质量。
预测
于1950年代量子电动力学的空前成功后，科学家希望为弱核力建立相似的理论。于1968年，这个论调在统一电磁力和弱核力后达到高潮。提出弱电统一的 Sheldon Glashow、Steven Weinberg 和 Abdus Salam 因此得到 1979年的诺贝尔物理学奖（见）。他们的弱电理论不止假设了 W 玻色子的存在来解释β衰变，还预测有一种未被发现的 Z 玻色子。
W 和 Z 玻色子有质量，而光子却没有 —— 这是弱电理论发展的一大障碍。这些粒子现时以一个 SU(2) 规范理论（Gauge theory）来精确描述，但理论中玻色子必定无质量。譬如，光子无质量是因为电磁力能以一个 U(1) 规范理论解释。某些机制必须破坏 SU(2) 的对称来给予 W 和 Z 玻色子的质量。其中一个解释是由彼得．希格斯于1960年代晚期提出的希格斯机制。它预言了一种尚未发现的新粒子 —— 希格斯玻色子。
SU(2) 测量仪理论、电磁力和希格斯机制三者的组合称为 Glashow-Weinberg-Salam 模型。它是广泛接受为标准模型的一大支柱。至 2003年为止，标准模型未被实验证实的预言只有希格斯玻色子。
发现
W 和 Z 粒子的发现是 CERN 引以自豪的。首先，于 1973年，弱电理论预言了中性流作用；那时 Gargamelle 的气泡室摄得一些电子突然自行移动的轨迹。这些被诠释为中微子通过交换隠形的 Z 玻色子与电子互相作用。因中微子是测不到的，故只有电子的动量改变可测。
以 W 和 Z 粒子要到一强劲的粒子加速器建立后才正式被发现。第一部这样的加速器是超级质子同步加速器（SPS），其中 Carlo Rubbia 和 Simon van der Meer 在1983年一月进行的一连串实验给出了明显的 W 粒子证据。这些实验称作“UA1”（由 Rubbia 主导）和“UA2”，且实为很多人努力的成果。Van der Meer 是负责加速器（随机冷却）的。UA1 和 UA2 在几个月后（1983 年五月）找到 Z 粒子。Rubbia 和 van der Meer 因而得到 1984年的诺贝尔物理学奖（见）。这算是保守的诺贝尔奖成立以来最异常的一步。
超出标准模型的新物理
理论中的“错误”
去年，费米实验室的另一个结果也引起整个物理学界的沸腾，也是因为实验结果与标准模型理论预测有差别（不过还没有得到5个σ）。对于理论中的这种“错误”，为什么大家如此兴奋呢？
因为这意味着超出标准模型的新物理！
自从十年前希格斯粒子被发现后，标准模型的框架可以说已经搭建完成了，而且也取得了非常辉煌的成就。那么下一步该怎么发展呢？
正所谓成也萧何败萧何，标准模型虽然取得了很大的成功，但是还有很多事情解释不了：
中微子质量问题：标准模型中的中微子质量是严格为零的，但是目前的实验已经表明，三代中微子的质量不可能都是为零；
暗物质：天文观测暗示了暗物质的存在，那么暗物质对应的粒子到底是什么呢？
暗能量：导致宇宙加速膨胀的暗能量来自哪里呢？
正反物质不对称：宇宙中只有正物质，而没有反物质（组成宏观物体的大量反物质聚集），但是在宇宙之处，正反物质应该是等量产生的，那是什么原因导致在宇宙演化的过程中，反物质消失了呢？
希格斯粒子：虽然希格斯粒子已经被发现，但是希格斯粒子的细节还不清楚，甚至还不知道希格斯粒子是不是基本粒子都不清楚
再往大了说，要想统一四种相互作用，对标准模型的扩充是一定的！但是任何理论上的发展，都需要实验作为指导。原则上来说，理论只需要做到逻辑自洽就可以，不同的理论得到的结果可以千差万别，甚至在有的领域，可以说人手一个理论(模型)。[1]