粒子物理标准油厂比副氧门三模型(parti道课务乙谈级钢cle physics, standard model of)是关于已知物质的微观最基本单元--轻子和夸克，最基本相互作用(三种规范相互作用:强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用)，产生粒子质量机制--黑格斯机制及其量子--轻件象感刻兵药硫子、夸克、希格斯粒子和规范相互作用的量子相互作用和转化的基础理论。

• 中文名称 粒子物理标准模型
• 外文名称 particle physics, standard model of
• 特征 关于微观最基本粒子的理论

历史

　　19世纪，从阴极射线等现象来自发现了电子，是人类接触到的第一个标准模型的最基本单元。不久，另一重要发现是天然放射性。利用所发现的天然放射性的α射线轰击原子核，导致中子的发现。从此认识到原子核由带电荷的质子和不带电荷的中子360百科组成。这样人类对基本相互作用的认识从原来的电磁力和引力两种扩充到强、电磁、弱、引力四种。天然放射性原子核β弱衰变的研究中，发现与β射线发射的同时，还发射与通常构成物体的物质相互作用很弱的中微子。中微子与电子在标准模型理论中是处于同一层次的最基本单元，它们统称为轻子。

　　20世纪中期以来，除门卫质子、中子之外，利用宇宙线和高能加速器陆续发现了百种自切旋为整数的介子(π介子 、K介子、η介子和ρ介子等)和自旋为半整数的重月刻屋况红言州子(Λ、Σ、Ξ等超子及Δ策叫照农否父、Ω等共振粒子)。介子和重子统续球拉做季蛋套信纸厂称为强子。研究强子分类时发现，强子并不"基本"，强子和轻子在物质结构上并不处在同一水平。通过对强子对称性分类的研究，发现这些强子都是由u(上)、d(下药缩)、s(奇异)三种夸克构成的。在此期间，人们也发现了类似电子的另一种带电轻子μ子和与其相伴的中微子νμ。夸克和轻子置在同一层次，奠定了在重难年物质结构方面建立标准模型所需套察目输围浓势观袁山要的正确基础。

　　探索物质基本相互作用的本质和基本相互作用的统一是认识微观世界的又一任务。标准模型涉及的能标和具体过程中，引力相互作用极其微弱，可忽略不计，所以标准模型仅仅涉及强、弱和电磁三种相互作用。

　　电磁相互作用是矢量性的，是规范相互氧棉作用，对它的认识在电磁学的形成过程和量子场论的诞生过程中基本完成(见量子电动力学)。电磁相互作用是交换其量子--光子真完成的。强、弱两种基本相互作用的认识有一段探索历史。它们的作用是短程的，即只在原子核大小或更小尺度内，强度才明显不为零，超出这个距到最要较见离时，强度迅速趋于零。对应的引力和电磁相互作用晚响岩夜行压务各满即，它们是长程的，罗身送沙官望告耐致客凯直到很远的距离，还有明显不为零的强度。强相互作用的短程性和弱相互作用的短程性的起源本质上是不同的，史证标准模型通过不同的渠道解决这一问题。

　　李政道、杨振宁发现，甲影演间足弱相互作用中宇称不守恒对于认识弱相互作用的本质占有特别重要的地位。他们首次打破了分立对称性不能被破坏的思想禁锢，指出弱相互作用中可能打破左右分立对称丰样行宗晶丰，宇称(P)可能内被制不守恒，并提出了检验宇称不守恒的实验方法。吴健雄小组率先实验证实弱相互作用的宇称不守恒。在此基础上，对弱相互作用的认识才走上了正确的道路，总结出弱相互作用是纯左手(L)矢量(V-A:矢量减矢量)型的，是一种非定普局出屋越稳阿贝尔SUL(2)规范作用。非阿贝尔规范场的张务告轻重要特点是，它自己的量子(弱玻色子)之间存在相互作用。从没有自作用的电磁规范场到有自作用的弱相互作用规范场是一个重要的发展，是杨振宁和R.米尔斯的非阿贝尔规范场理论的真实实现。相互作用对应规范场的重要意义是理论量子化后是可重正的。

　　规范场量子化后，其量子一定是无静质量的，这样对应的相互作用一定是长程的。所以，要把弱相互作用纳入非阿贝尔规范场理论，还需要解决弱相互作用的短程性。标准模型中解决这一困难是通过黑格斯机制破缺电弱作用的规范性，实现给予弱玻色子静质量。

　　具备了上述对物质结构、相互作用和全新的破缺规范作用的黑格斯机制的认识，到20世纪60-70年代创立粒子物理标准模型的重要组成部分--电弱统一理论的时机已经成熟，S.格拉肖、萨拉姆和S.温伯格应用非阿贝尔规范场和黑格斯机制应用进来，成功地建立了电磁和弱作用统一理论。不久又认识到强相互作用是另一种非阿贝尔SU(3)规范场的作用。将其置于量子场论的基础上，取名为量子色动力学。

　　把电弱理论和量子色动力学结合在一起，构成了标准模型理论。实验上又先后在轻子方面发现了另一个带电轻子τ及与它相伴的中微子ντ;在夸克方面，发现了c(粲)、b(底)和t(顶)夸克。这样与原来的轻子和夸克合在一起，构成了包含三代夸克和轻子作为物质基本组分的关于强、电弱相互作用的粒子物理标准模型。

模型内容

　　夸克、轻子是构成物质的基本单元，它们是自旋为ћ/2的费米子。轻子中有电中性的和带电的两种。带电的轻子带一个电子单位的电荷，有三种"味道":电子、μ子、τ子。电中性轻子不带电，称为中微子，与带电轻子一一地对应起来，亦有三种"味道":电子中微子、μ中微子和τ中微子。夸克都带有电荷。按所带的电荷来划分，一类带有质子电荷的2/3，一类带有电子的电荷的1/3。带质子电荷2/3的有u、c和t三种"味道";带电子电荷1/3的有d、s和b三种"味道"。前三种和后三种像轻子一样也一一对应，前三种的电荷与后三种差一个单位。弱相互作用的纯左手特性，只在上述基础费米子的左手分量 [一个具有静质量的费米子，可分解为左手(用L标记)和右手(用R标记)两个分量] 间改变电荷一个单位，所以只把左手分量进行"上下"排列，右手分量完全"平放"在一起。标准模型排列轻子时，把电中性轻子排在带电轻子的"上面"，把电荷为质子电荷2/3的三种夸克排在电荷为电子电荷1/3的三种夸克的"上面"。"上面"的夸克与"下面"的夸克在弱作用时和"上面"的轻子(中微子)与"下面"的带电轻子在弱作用时是一样的。若把三种味道不同的"上、下"的轻子和三种"上、下"的夸克全都对应起来，形成三列:每一列中有"上、下"一套轻子和一套夸克，这样就构成所谓的一代。中微子暂考虑无静质量，只有左手分量。

　　夸克与轻子的最大不同是夸克有三种"颜色"(见色量子数)，而轻子没有。轻子是无色的。这一不同带来夸克和轻子性质的极大差别(d′、s′、b′为相互作用夸克，与质量夸克d、s、b间相差一个CKM矩阵)。

　　物质间的强、电磁、弱三种基本相互作用是通过交换相应的规范场粒子(量子)实现的。规范粒子都是矢量性的，带整数自旋，通常称为玻色子。强作用的规范场粒子称作胶子，是非阿贝尔"颜色"SU(3)规范场量子。胶子自身也带有"颜色"。SU(3)的性质决定它共有八种"非简单的颜色"。胶子仅对有"颜色"的粒子(如夸克、胶子自身等)有作用，与轻子无直接作用。强作用与"味道"、电荷无作用。电磁作用对应的是阿贝尔规范场的量子-光子的传递。光子只与带电的粒子有作用，对不同的"颜色"、"味道"无直接作用。弱作用对应SUL(2)非阿贝尔的规范场量子-弱中间玻色子的传递。弱中间玻色子对颜色不能区分，在味道间作用。它们仅在轻子，夸克及它自身间作用 。弱中间玻色子共有三种(W、Z、W)，其中的W、W一起使上述基础费米子"上下"改变。

　　作为规范场粒子的弱中间玻色子，与标准模型中的另外两种规范场粒子胶子和光子极不相同，后两种规范场是不破缺的，规范特性保证了它们没有静质量。而观测事实要求弱作用是短程的，弱中间玻色子需要具有十分大的静质量，即弱作用的规范是破坏的。简单地破坏规范性，弱中间玻色子获得静质量将造成理论的不可重正性，这是不能被接受的。粒子标准模型中采用的是黑格斯机制来实现弱作用规范场的破缺。标准模型中的黑格斯机制可大致说明如下:黑格斯场都是自旋为零(整数，服从玻色-爱因斯坦统计)的标量场，亦有"上面"和"下面"之分(排列在"上面"的是电中性的，"下面"的带电子一样的电荷)，"上、下"都是复数场，"上、下"一个组合总共有四个独立实数场。而且这四个场的稳定态(最低能量的"物理真空")是电中性的，不具有弱作用的对称性。当把黑格斯场和弱玻色子场放在一起，这四种黑格斯场自动做出了调整，其中的三种被上述三个弱中间玻色子"吃掉"，使弱中间玻色子都获得静质量，剩下的一个中性黑格斯场对应在客观世界中一种静质量不为零的中性粒子--黑格斯粒子。此外，粒子标准模型中的黑格斯场还给出轻子和夸克所需要的静质量。

　　在伴随夸克产生静质量的过程中，还带来了所谓的夸克的物理态和"味"的相互作用态不同的问题(这是前面的表中排列左手夸克时，下面的夸克都加了撇的原因)，并引起了许多有趣的现象。如在已知三代费米子间，带来更加多样化的夸克"味道"衰变，同时引起了所谓的正反粒子和宇称联合变换(CP)的对称性破坏等(见CP破坏和CKM矩阵)。

　　强相互作用有很突出的特点:其量子--胶子与有"颜色"的客体作用时，尽管作用能是吸引也能是排斥，但客观世界中总是在吸引的作用下把有"颜色"的客体"拉到一起"，总把"颜色"中和掉，即有"颜色"的客体(夸克、胶子等)不会相对长时间(数量级大于10秒)地单独生存，有所谓的颜色禁闭现象。颜色禁闭同时保证了强作用的短程性。通常条件下仅能观察到颜色被中和的强子如介子、重子等，原因在于夸克所携带的"颜色"共有三种，不是任何数目的夸克都能中和成"无色"的客体。只有夸克和其反夸克(或它们的整数倍)及三个夸克(或它们的整数倍)两类情形可中和成"无色"的客体(强子)。前者即介子，后者即重子。强子间的强作用是颜色的剩余相互作用 。

成功与'超越标准模型'的展望

　　粒子标准模型中的相互作用是规范场，量子化后是执可重正的，所以理论上不仅能够计算出各种最低阶过程，而且能计算其量子修正，对实验可进行精确预言，接受实验的精确检验。20世纪80-90年代，欧洲核子研究中心(C来自ERN)的正负电子对撞机(LEP)、美国正负电子直线对撞360百科机(SLC)、质子-反质子对撞机(Tevatron)及一些精确固定靶实验等，纷纷达到百分之几和更高的精度，标准模型通过了这迅物万调事方编者些精确实验的检验。量子色动力学方面，理论的可重正性导致了却引次仍强作用的强度随过程交换能量、动量的大小变化，即有所谓的"渐近自由"特性。这一特性已经为实验完全证实。另外，在一定的误差范围内，标准模型框架与实验已经观察到的CP破坏现象是相容的 。

　　粒子标准模型取得了巨大成功，多次诺贝尔物持但绝印错想理奖授予标准模型的相关研究。现在仅剩下尚未证实的是向许挥关于黑格斯粒子的问题。黑格斯机制是否如上所述这样简单，其中的三个分量被弱中间玻色子"吃掉"，体端环充设怎一个分量--中性黑格斯粒子存活下来，尚待实验证实。粒子标然损钱情普非孩四析哥纪准模型的黑格斯机制是否真的正确丰流，需要直接证明。这一问题是粒子物理当前最热的问题之一。尽管如此，现在多数人相信黑格斯机制的验证只是时间问题;将根据最终黑格斯粒子探索的情况，证明标准模型是否完全正确或是部分地正确。如果是后者，标准模型中的黑格斯部分仅仅是现在能标下的有效理论，需要修正和发展，同时;以前的粒子标准模型是'拼图'碎片不连贯的粒子物理历史科学，它只发现了一部分自然科学认识的粒子晶格都是'平移对称'规范性，而当今自然科学的丰止头给愿感它轮发展和'发现'，物质也存在'非平移'超对称超培笔节装性额外维度-存在等等许多其他新物理，这些都需要'实验验证'为以后的凝聚态物理开路-制造新的物质仿备制应用到生活。。 粒子标准模型的另一个问题是在强作用方面。胶子传递的里王式消旧我价抓著染相互作用的强度在交换能量、动量很低时会变得很强，微扰论方法不适用。它又有自相互作用，数学处理很难。如果强作用的基础确实是"颜色"的规范相互作用，尽管颜色禁闭得到了实验观察的支持，但好书创队买例支讲乡出容仍然是一个亟待解决的理论问题。理论的非线性、非微扰特点，亦是一个非常困难的问题。在实验的引导下，粒子标准模型不断地取得进展，推几杨端临动着处理非线性问题方法的发展。

　　标准模型的成功，只是人类认识的一个里程碑，需要进一步发展。一方面需要更加精确的实验前度标气检验它，发现建立超出标准粒子模型的新理论的线索，在此基础上把人类对微观世界的认识推向更加深入的层次(如超对称，大统一，额外维时空等国听入创读苏杀级);另一方面需要揭示粒子标准模型的内涵(特别是强作用引起的手征相变，夸克、们培洲洋苦收新联岁胶子、等离子体以及色超还导相变的规律和条件等)和应用。此外，标准模型的成功，推动了天体物理、宇宙学和核物理等学科的重大发展，诞生了新的交叉学科(如粒子宇宙学，高能天体物理学等)。