物质和光费米子和玻色子

2020-04-03 10:04:3903:53 102

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物质和光

物理书籍过去习惯于用物质和光来描述世界，我们的描述已变得更为复杂，但是这种差异却持续了下来。一边是夸克和轻子，总称为费米子；另一边则是规范玻色子和引力子，总称为玻色子。

例如，在图14. 3中圆表示费米子，箭头表示玻色子。物质是由费米子构成的，而光的基本单位即光子是典型的莊色子。一个费米子可以放射或吸收一个玻色子，并且在这一过积中它可以或者仍保留不变，或者使本身变换为另一个费米子。在这种意义上，物理学家说玻色子作用于费米子。费米子之间的玻色子的来回往返，产生了我们观察到的力。

在本书中，至此讨论的各种理论对待玻色子和对待费米子很不相同。在一种规范理论中，对称群确定规范玻色子的数目。在另一方面，一个理论家可以自由地把费米子归于对称群的任何表示。
例如，乔治和格拉肖一旦选用SU(5), 他们就被群论迫使而具有一定数目的规范玻色子。无论乔治和格拉肖喜欢与否，X和Y 玻色子都在场。
群论单独不能确定夸克和轻子场的数目：唯一的要求是，它们必须合入群表示。乔治和格拉肖不得不求助于实验观察，以便确认每一代都包含15个夸克和轻子场。正如我在前一章所解释的那样，这15个场在SU(5)的5维和10维表示中的天衣无缝的嵌合，向我们提供了相信大统一理论的一个主要原因。

此刻，物理学家们不理解终极设计者是怎样选择费米子的数目的。例如，群SU(5)就具有一个24维表示。一个理论学家很容易想象把24个费米子场归入24维表示，从而在SU(5)的基础上构筑一种大统一理论。由此得出的宇宙尽管与我们知道的宇宙很不相同，却是一个完全可能的宇宙。他为什么选择15, 而不选择24呢？

因此，费米子和玻色子之间的差异可以更鲜明地用以下问题来表达：最高设计者是如何决定费米子数和把它们放进去的表示的呢？的确，在规范对称不需要费米子的情况下，终极设计者为什么非要包括它们呢？

以上的物质和光的介绍，来自美国华裔科学家徐一鸿的科普著作《可畏的对称——现代物理学中美的探索》，今天是2020年4月3日，我是主播欧锋，谢谢你的聆听。

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