最接近真理的理论！标准模型如何构建大统一理论?

【标准模型与大统一理论：上篇】

现代物理学天空还有很多乌云，要解决这些乌云最有效的方式，就是利用现有的理论，不断填补漏洞 。

理论越先进，就越接近突破乌云的边缘。

在往期的物理学乌云系列中，我只是陈述问题，不提出解决这些乌云的思路。

目前最有可能突破的乌云就是统一电磁力，弱力和强力的大统一理论。

而这期视频则是用目前最前沿的量子场论，提供物理学家利用标准模型构建大统一理论的思路。

文章涉及的知识量极大，涉及量子电动力学，杨·米尔斯理论，量子色动力学，希格斯机制，对称性，凝聚态超导理论，大爆炸理论，文案已经最大程度通俗化了，逻辑性也早已串联到位，适合反复阅读。（文章字数太长，分三篇文章发布）

这是一张粒子物理的标准模型图，也可以说是人类目前为止掌握到最接近万有理论的模型了。

想象一下，宇宙中的自然现象包罗万象，千变万化，有超新星爆发释放的高能射线，又有黑洞合并产生的引力波，还有DNA合成的氨基酸。但从微观层面来看，宇宙中所有的现象本质上都是千篇一律的，所有的自然现象都是由物质作为载体而开展的。

而物质有两个最基本的属性，一个是变化属性（力），另一个是质量属性。

所以宇宙中所有现象都可以归纳成物质，质量，力这三个维度来解释。

这时候你再看标准模型，刚好就是解释这三个维度的理论。

截止2023年，人类已经发现了61种基本粒子，这61种基本粒子都在标准模型中，在常见的标准模型表中，只呈现了17种基本粒子，剩下的粒子主要是这些粒子的反物质，以及夸克和胶子的色荷粒子。

所以其他44种基本粒子没有在这张图上，主要是它们都可以通过图中这17种基本粒子延伸出来。就相当一个家庭只出一个代表就行。

比如夸克一共有36种，但是图中只有6种，这主要是因为夸克有两种属性，一种是“味”，一种是“色”。当然，这里的味道和颜色和生活中说的那种完全不同，这两种属性对应的是两种量子数。

夸克一共有6种“味”，对应的名字分布是上，下，粲，奇，顶，底。每一种味又有3种色荷，所以夸克在“味”和色荷上的区分，就变成了18种。而每一种夸克还有自己的反物质，加一起刚好就有36种夸克。

在这张图中，每个粒子标注了三个量，分别是质量，电荷和自旋。

先看看这些粒子的自旋，就会发现，这些粒子的自旋无非就是0 ，1/2，和1(绝对值)，而这三个自旋值又可以分为整数和半整数两大分类。

左边这12种基本粒子也叫费米子，是遵守费米-狄拉克统计的粒子，说直白一点，费米子的共同特点就是它们的自旋都为半整数。它们的同一作用，就是负责形成物质结构。

而后边这五种基本粒子的共同点就是自旋都为整数。

这些自旋为整数倍的粒子就是玻色子，他们遵守玻色－爱因斯坦统计。

在五种玻色子中，其中又有四种的自旋为1，这些自旋为1的玻色子又叫规范玻色子，当然还有一种尚未发现的引力子，其自旋为2，也属于规范玻色子。

规范玻色子的作用就只有一个，它们不参与物质的构成，只负责费米子之间力的传导。所以规范玻色子也叫传播子。

这时候再看一下这幅图，左边这12种费米子负责构成物质，而右边这四种玻色子负责力的传递。费米子和规范玻色子相互打配合，共同造就了物质运动现象。

在标准模型图的最上面，是用希腊数字标注的一二三，这些表示一代，二代，三代。“代”指的是这些基本粒子的发现时间，最早发现的费米子就叫一代，依次类推。

你会发现，后一代的粒子除了质量会比前一代高很多，电荷和自旋都是一样的。所以费米子的代差，只是质量上的差别。

而粒子的质量越大，越容易衰变，存在的时间也就越短。所以只有第一代费米子的质量最小，最稳定，存在时间最长，也最易发现。

而第二代和第三代费米子由于质量较大，所以从产生到衰变只是一瞬间的事，目前只能在加速器中找到，所以很难发现，找到它们的时间也就比较晚。

而下面这两行费米子统称为轻子，上面是电子家族，下面是中微子家族，最明显的区别就是带不带电荷。带电荷就是电子家族，不带电荷就是中微子家族。

它们之所以叫轻子，并不是因为他们质量轻，而是因为它们都不参与强力。

而在标准模型图的右上面只有一种粒子，也是最晚发现的，这就是希格斯粒子，它于2013年最终被确认，希格斯粒子的自旋为0，是目前唯一发现的标量玻色子。它的主要作用就是赋予其他基本粒子以质量。

希格斯玻色子会给wz玻色子，电子家族以及所有夸克赋予质量

而中微子质量来源目前还是另一朵乌云。

明天更新第二篇！