量子力学：弱相互作用和强相互作用的区别

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1、导读：量子力学体系下有两种力，一种是强力，一种是弱力。一起来认识一下。本文共计1200多字。需要分钟阅读时间。粒子尺度下的两种力。我们先来说说弱相互作用。我们现在知道了弱相互作用的理论指出，它是由W及N玻色子的交换（即发射或吸收）所引起的，由于弱力是由玻色子的发射（或吸收）所造成的，所以它是一种非接触力。这种发射中最有名的是B衰变，它是放射性的一种表现。重的粒子性质不稳定，由于N及W玻色子比质子或中子重得多，所以弱相互作用的作用距离非常短。这种相互作用叫做"弱匕是因为它的一般强度，比电磁及强核力弱好几个数量级。大部份粒子在一段时间后，都会通过弱相互作用衰变。弱相互作用有一种独一无二的特性一一

2、那就是夸克味变一一其他相互作用做不到这一点。另外，它还会破坏宇称对称及CR对称。夸克的味变使得夸克能够在六种"味"之间互换，这一点本身就说明了她与强相互作用力关系密切。由于弱相互作用载体粒子（W及N玻色子）质量很大（约qo3/c2—所以他们的寿命很短：平均寿命约为3X-2S【1。负2S次方】秒。弱相互作用的耦合常数（相互作用强度的一个指标）介乎NO-7【丄。的负7次方】与W-6[W的负6次方】之间，而相比下，强相互作用的耦合常数约为故就强度而言，弱相互作用是弱的。弱相用作用的作用距离很短（约为o在大约W-18米的距离下，弱相互作用的强度与电磁大约一致；但在大约3xW-i7的距离下,弱相互作用

3、比电磁弱一万倍。在标准模型屮，弱相互作用会影响所有费米子，还有希格斯玻色子；弱相互作用是除引力相互作用外唯一一种对中微子有效的相互作用。弱相互作用并不产生束缚态（它也不需要束缚能）一一引力在天文距离下这样做，电磁力在原子距离下这样做，而强核力则在原子核中这样做。她最明显的过程是由第一项特点所造成的：味变。比方说，一个屮子比一个质子（中子的核子拍档）重，但它不能在没有变味（种类）的情况下衰变成质子，它两个"下夸克”中的一个需要变成"上夸克S由于强相互作用和电磁相互作用都不允许味变，所以它一定要用弱相互作用；没有弱相互作用的话：夸克的特性,如奇异及魅（与同名的夸克相关），会在所有相互作用下守恒。

4、因为弱衰变的关系，所以所有介子都不稳定。在B衰变这个过程下，中子里面的“下夸克匕会发射出一个虚w-玻色子，它随即衰变成一电子及一反电中微子。纹米子玻色子由于玻色子的大质量，所以弱衰变相对于强或电磁衰变，强度是比较低的，因此发生得比较慢。例如，一个屮性tc介子在通过电磁衰变时，寿命约为W-16秒；而一个带电TE介子的通过弱核力衰变时，寿命约为W-8秒，是前者的一亿倍。相比下，一个自由中子（通过弱相互作用衰变）的寿命约为15■分钟。接下来我看看最后一种力，强相互作用力。最早研究的强相互作用是核子（质子或中子）之间的核力，它是使核子结合成原子核的相互作用。自Z947年发现与核子作用的兀介子以后，实

5、验陆续发现了几百种有强相互作用的粒子，这些粒子统称为强子。作用距离第二短的。核子Z间的核力就是强相互作用。她抵抗了质子Z间的电磁力，把质子和中子牢牢束缚在原子核内，保证了原子核内部的稳定。随着研究的深入，我们知道了,强相互作用力跟夸克，胶子有密切关系。也就是后来发现质子和中子都不是基本粒子，都是由更小的夸克粒子所组成。最基本作用力是将夸克束缚在质子和中子中的作用力，核子之间的强作用力其实是上述作用力的副作用。量子色动力学解释夸克屮带有一种称为色荷的物质（色荷和肉眼可见的颜色没有任何关系）。带有不同色荷的夸克因着强相互作用会互相吸引，其中的介质是一种称为胶子的粒子。可以这样通俗的说，是胶子将夸

6、克组合为强子。所以她是一种复合粒子。我们对于夸克的了解，就是通过强子来间接了解的。还不是直接观测夸克的。这个我在一开始写这本书的时候，提到过。强相互作用比其他三种基本作用有更大的对称性，也就是说，在强相互作用屮有更多的守恒定律。强相互作用不像引力和电磁相互作用那样是长程力而是短程力。但是它的力程比弱相互作用的力程长，约为o大约等于原子核中核子间的距离。马克斯•普朗克MaxPlanck1858-1947”卅子就是一个纯粹的假设而我并没有考虑太多”Quantawereapurelyformalassumptiontowhich1reallydidnotgivemuchthought*四种力，我己

7、经给大家介绍完了。即使我找更多的资料，让大家的理解和认识,也远远不够。我们所认知的四种基本相互作用：强相互作用，电磁相互作用，弱相互作用，引力。除去引力，另三种相互作用都找到了合适满足特定对称性的量子场论来描述。强作用有量子色动力学；电磁相互作用有量子电动力学，理论框架建立于2420到^50年间；弱作用有费米点作用理论。后来弱作用和电磁相互作用实现了形式上的统一，通过希格斯机制产生质量，建立了弱电统一的量子规