玻色子
我们所知道的所有粒子不是玻色子就是费米子。玻色子整数自旋:0,1,2等。服从波色统计,在同一个量子态可以占据任意多的玻色子。光子,引力子,W和Z粒子都是玻色子。
电磁力
这是我们所熟悉的电力和磁力。在“量子电动力学”(QED)中是由U(1)规范理论描述的。媒介粒子是光子。
电磁力和弱力统一成电弱力。这是SU(2)xU(1)规范群描述的。
所有已知的粒子不是费米子就是玻色子。费米子具有半整数自旋量子数:1/2,3/2等。服从泡利不相容原理,也就是说同一个量子态不能被两个费米子占据。费米子有电子,质子,种子,夸克等。
这是规范对称性下的相互作用的媒介粒子。自旋为1,有时候也称为矢量玻色子。在标准模型中玻色子是胶子,光子,W粒子和Z粒子。
大多数成功的粒子物理学的模型都是基于规范对称性的概念。这样的理论中,各种场可以相互变换。所允许的规范变化是由理论的规范群所限制的。我们在时空中的任意点做不同的规范变换的时候,在这些变换下,理论是不变的,也就是说,理论具有局域规范对称性。
这是一个简写:"Giga electron volts" ,意思是,十亿电子伏特。1电子伏特就是:把一个电子移动通过一伏特电势所需要的能量。电子本身的静止能量是0.0005GeV,光子是0.938 GeV。目前世界上最大粒子加速器的能量到达1000 GeV。为了直接探测弦的尺度,我们需要到达 10^18 GeV。
我们四个基本力之一,引力是最弱的,这是一个吸引力,作用距离可以达到无穷远。在宇宙的大尺度下,这是一个主要的里,比如对于恒星,星系,星团等。爱因斯坦的广义相对论是引力的经典理论。超弦理论一个主要的胜利是:这是一个量子引力的自洽的理论(在低能极限下包含了广义相对论。)引力的媒介粒子是自旋为2的引力子。
N x N 正交矩阵的行列式为1。正交的意思是,转置矩阵是矩阵的逆。
我们认为我饿时间是3维空间,1维时间。从狭义相对论知道,时间和空间是不可分割的。所以我们成为4维时空。点状粒子在时空中的运动轨迹是一个不变对象:“世界线”。我们所测量的时间和空间的尺度依赖于我们给定的参照系。通过简单的加入更多的空间维就可以推广到更高维空间(十维时空是9维空间1维时间)。
这是一个非常成功的理论的体系,对于我们当前实验所能达到能量下,可以描述所有的力。SU(2) x U(1) 描述的是电弱力,SU(3) (QCD)描述的是强相互作用力。广义相对论描述的是引力。各种粒子的相互作用总结在diagram from the Particle Data Group。更多的信息可见The Particle Adventure。
四个基本力之一,强力是把夸克束缚成核子,比如质子,中子等。在高能情况下,强力变弱。这是SU(3) 规范理论,我们成为 “量子色动力学” (quantum chromodynamics, QCD)媒介粒子是胶子。
这是行列式为1的N x N 幺正矩阵。幺正的意思是矩阵的转置共轭为原来矩阵的逆。
理论统一了玻色子和费米子。我们所知道的所有粒子都有他的相反类型的“超伙伴粒子”(比如,费米子的superpartner是玻色子,反之亦然。)。最新的高能加速器的主要目标是发现superpartner,从而找到超对称的证据。超对称在弦理论模型中是一个根本的组成部分。因此“super”就是“superstring”。
这是点粒子量子场论的特殊的超对称,引力子超多重态中的一个。引力子是自旋为2的玻色子,它的超对称伙伴粒子是自旋为3/2的费米子,我们成为"gravitino"。
这里指的是一个理论的请耦合极限下的情形可以由另外一个理论的弱耦合极限描述。而这两个理论都在弱耦合情形,这是两个很不同的理论。而一个强,一个弱耦合时,描述的是同样的物理学。
这指的是一个弦理论紧致化在一个半径为R的圈上,而另外一个弦理论紧致在半径为1/R的圈上,他们描述相同的物理学。因此,一个理论是在一个很小的圈上,而另外一个是在很大的圈上。
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