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A-level 物理 (进阶物理)/玻色子

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玻色子是具有整数自旋(如 1、2 等)的粒子,介导特定力。所有相互作用都可以用四种基本力之一来描述:引力、电磁力、弱力和强力,这些力是由相应玻色子的释放引起的。

费曼图

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费曼图是表示这些相互作用的一种方法。这是一种图,纵轴表示时间,横轴表示空间,显示了粒子在空间和时间中运动的路径,用线表示。因此,静止的电子看起来像这样

通常,在定义空间和时间的单位时,如果物体以光速运动,它会形成一个 45° 角。玻色子是虚拟粒子,所以它们用波浪线表示。因此,光子以光速从 A 运动到 B,看起来像这样

当然,不同的粒子可以相互作用。这些相互作用必须发生在时空中的一个特定点。它们可以用费曼图上的某个点来表示,这个点上有进出点的线表示参与相互作用的粒子的速度。

光子是无质量的,自旋为 +1,中性,并携带电磁力。它们由一个粒子“释放”,导致该粒子改变速度。然后它们被另一个粒子“接收”,也导致该粒子改变速度。这可以在费曼图上用以下方式表示

W 和 Z 玻色子

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W 和 Z 玻色子携带粒子之间的弱核力。例如,这发生在 β 衰变中,β 衰变实际上分两个阶段进行。首先,中子变成质子(反之亦然),发射 W 玻色子。然后,W 玻色子“变成”电子/正电子和(反)中微子。这在下面的费曼图中显示

胶子携带夸克之间的色力,将它们结合在一起。夸克具有称为“颜色”的属性,胶子也是如此。胶子在夸克之间携带颜色,介导色力。强力是将强子结合在一起的残余色力。你可能不会在考试中被问及胶子。

1. 一个静止的光源以规律的时间间隔发射单个光子。画一个费曼图来表示这种情况。

2. 写出两个方程式(包括 W+ 玻色子)来描述正电子发射。

3. W- 玻色子的电荷是多少?

解答

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