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基本粒子夸克电子质子中子内部结构模型图解

2019-01-08  张嘉年

作者: 张嘉年  tai_ning@163.com

摘要:

    粒子物理学中,基本粒子是组成物质的最基本的单位。但根据「超弦理论」,基本粒子实为「弦」的不同振动及形状所组成,而「弦」内部的最终结构为带正负电()荷的正负-位元(见本文所有的粒子内部结构模型)。现今在标准模型理论的架构下,已知的基本粒子可以分为组成物质的费米子(包含夸克轻子)以及传递力的玻色子(包含规范玻色子希格斯玻色子)。现今最新的超对称理论」可以统一费米子玻色子,即在高维空间下二者可互为转换(但因至今高维空间及超对称粒子,尚未发现,故本文暂不讨论)而在GUT大统一理论下费米子中的夸克轻子也是可以统一互为转换的(图一)。我们日常生活中的物质是由最大的费米子-原子所组成,原子由电子和原子核所组成,原子核又由质子(含2个上夸克1个下夸克)中子(含2个下夸克1个上夸克)所组成(图二)。传递力的(规范)玻色子有四种:1传递电磁力的光子(图三)2传递引(重)力的引(重)(图四)3传递核强力的胶(图五)4传递核弱力的弱玻色子(图六),最后还有一种赋予所有粒子质量的希格斯玻色子(图七)。物质宇宙就是由上述这些物质性的费米子以及传递力的玻色子构成。

 

关键词:基本粒子 超弦理论 标准模型 超对称 费米子 玻色子 规范玻色子 希格斯玻色子 夸克 轻子 费米-狄拉克统计 玻色-爱因斯坦统计 自旋量子数 禁闭态 束缚 包利不兼容原理 希格斯机制 希格斯

.两种费米子:强子(夸克)轻子(中微子电子)内部结构模型解析

我们的宇宙由两大类粒子所组成,即构成物质的费米子费米子传递作用力的玻色子(玻色子在主文三解析)。而费米子又可分为由夸克组成的强子及由电子,中微子组成的轻两大类所谓强子就是所有参与宇宙四大作用力(强作用,作用,电磁力,引力)中的强作用的粒子总称。强作用力是只作用于原子核内部的力,其范围只有10121016公分,是一种「禁闭态」的束缚力轻子确相反,是一只参与弱力、电磁力和引力,而不参与强作用的粒子的总称。其范围自1016公分(弱力范围)扩散至全宇审(电磁力和引力范围),是一种「自由态」的扩散力

    包含「夸克轻子」的「费米子,其定义如下:

费米子(fermion)指按费米-狄拉克统计:角动量的自旋量子数1/2, 3/2, 5/2, 7/2

半奇数的粒子,并且服从包利不兼容原理Pauli exclusion principle,2

个以上费米子不能处于相同量子态,亦即不能占据同一空间,但玻色子却可以

   夸克族轻子族彼此间可互为转换(衰变),其互为转换(衰变)模式如下图所示:

夸克轻子(中微子电子)互为转换-内部结构模型图(图一)

 

         图中号代表不可分割的正负电()荷最基本单位元,称为:弦位元(比特)

上图注解:

 1.微中子是「自由态」(扩散)的上夸克, 反之,上夸克是「禁闭态」(束缚)的微中子

     2.电子是「自由态」」(扩散)的下夸克, 反之, 下夸克是「禁闭态」(束缚)的电子

     3.轻子(中微子电子)是「相位扩张态」的强子(夸克),故能远距传播

     4.强子(夸克)是「相位收缩态」的轻子(微中子,电子),故禁闭在10-16cm的空间内

     5.微中子与反微中子的内部中心为相连的「零点能真空场」(,负弦位元电荷相抵=0),

      但极化为阴阳二极,故自旋相反,而外圈为闭弦态引()力子,故呈电中性,且能远距传播

 

二. 中子子及介子内部结构模型分析

().强子的分类及其中电荷分布关系

            强子-分为以胶子连结三个夸克」所组成之重子族(含质子、中子、超子

         中子,质子还重之重子)及以胶子连结二个夸克」所组成之介子族(p介子、各

         种重介子)

            强子类中的重子家族(中子,质子,超子),每个重子含:3个夸克,每个夸克又含:4

         条希格斯玻色子,因此每个重子共含:12条希格斯玻色子.以中子,质子为例,其内部

         电荷结构分析如下:

1.中子含1个上夸克-4条阳希格斯玻色子,2个下夸克含-4条阴希格斯玻色子4条中性希格斯玻色子,正负电荷相抵=0故中子为电中性. 1个下夸克的2条阴希格斯玻色子1个上夸克的4条阳希格斯玻色子的总合比例为:1/32/3,故下夸克的电荷为1/3,而上夸克的电荷为2/3(-号仅代表相反电荷,非负的电荷或负的能量)

2.质子含2个上夸克共-8条阳希格斯玻色子,1个下夸克-2条阴希格斯玻色子,2中性希格斯玻色子,正负电荷相抵后剩6条阳希格斯玻色子,正好占-总数「12条希格斯玻色子」的一半(物理规律-正负电荷分配各占一半),故而质子带正电荷.

【至于-反中子与反质子则与上同理,只是电荷相反为:反上夸克电荷为

2/3,反下夸克电荷为1/3,可按上图自行比对,故不再赘述】

     3.所谓的3「色」夸克,绝非指「颜色」有3,而是指「排列的相位」有3:每个夸克内的4条希格斯玻色子共有8条分弦,按排列的相位不同而分为3:

(1),上夸克8条分弦的端点为同电荷且多数电荷同朝「内」,下夸克为多数电荷同朝「外」,如此相位排列为第一色(参考蓝夸克).

(2),上夸克8条分弦的端点为同电荷且多数电荷同朝「外」,下夸克为多数电荷同朝「内」,如此相位排列为第二色(参考红夸克).

(3),上下夸克8条分弦的端点为相反电荷,而相对的位置-4条分弦朝「内」,4条分弦朝「外」,如此相位排列则为第三色(参考绿夸克).

因为在「超高温」或「超低温」时,()(),粒子,会有不同的

相引或相斥运动,如此相位排列,才可使弦,粒子有效的转动,组合,分裂.

     中子子及介子-内部结构模型图(图二)

 

   ().中子部的质量分布关系

           中子为以三条胶子连结1「上价夸克(价夸克为强子中最外或层的夸克,     

       其下尚叠加三代海夸克,这与原子中最外层之价电子一様)2「下价夸克」所组成之

       重子,质子为以三条胶子连结2「上价夸克」及1「下价夸克」所组成之     

       重子。

        宇宙中包括费米子玻色子(光子引力子胶子除外)的所有粒子质量均来源于希格斯场,希格斯场外围叠加「负能量(负质量)场」(图七),「负能量场(负质量)」也就是爱因斯坦广义相对中的宇宙学常数Λ,「负能量(负质量)」能抵消及分散夸克的能量(质量),故下夸克能量仅7MeV,而上夸克能量仅5MeV,3夸克组成的中子,质子之能量竟然为939.6MeV938.3eV,3个夸克加起来能量最多也只有21MeV. 若是没有「负能量场」吸收()能量,则上述事实将完全矛盾无解,这又称为「反遮蔽效应」.一个重子之内叠加了众多的「海夸克」(见下表),但「反遮蔽效应」的范围仅在1016cm之内,大于此范围,能量就会渐渐显现出来,因此直径为1013cm的中子,质子就显现出相对的大能量(质量),故而我们所侦测到的3个价夸克实际上仅是能量及电荷经「正负相抵」后的「微量差额-显现」,这就像浮出海面的小岛,从空中看来是个小岛,但从深海底来看,却是连接地球(地球好比希格斯场)的巨山

 中子子及介子内部结构模型表(表一)

             

   

    

   

  

 

横向连结

 

  n中子

  ()

   超子

 (p)介子

p质子

  ()

   超子

横向连结

 

 

 

笫一族

d下夸克

  1(价夸克)

=e-电子

 

笫三族

d下夸克

 15(价夸克)

=e-电子

  笫三族

  d-反下夸克

  =4= 

   =e+正电  23

 

 

 

笫三族

d下夸克   49(价夸克)

 =e-电子

u-反上夸克 2夸克

 =v-反微中子

 

d-反下夸克

16夸克

  =e+正电子

d下夸克

 =4

=e-电子24

 

 

 

d-反下夸克

50夸克

=e+正电子

笫一族

    3u上夸克 

    (←→) 

笫二族

  u上夸克

  9(价夸克)

 

d下夸克

  17夸克

 

d-反下夸克 

25(价夸克)

 笫一族

u-反上夸克    

31(价夸克)

笫一族

u上夸克37(价夸克)

笫二族

u上夸克43(价夸克)

 

d下夸克

51夸克

d-反下夸克

4夸克

d-反下夸克10夸克

u-反上夸克

18夸克

 u上夸克

26夸克

d下夸克

32夸克

d-反下夸克

38夸克

d-反下夸克

44夸克

u-反上夸克

52夸克

s夸克

5夸克

s夸克

11夸克

c夸克

19夸克

c-夸克 

27夸克

 s-夸克

33夸克

s夸克

39夸克

s夸克

45夸克

c夸克

53夸克

c-夸克

6夸克

c-夸克

12夸克

s-夸克

20夸克

s夸克

28夸克

 c夸克

34夸克

c-夸克

40夸克

c-夸克

46夸克

s-夸克

54夸克

t夸克

7夸克

t夸克

13夸克

b夸克

21夸克

b-夸克 

29夸克

t-夸克

35夸克

t夸克

41夸克

t夸克

47夸克

b夸克

55夸克

t-夸克

8夸克

b-夸克 

14夸克

t-夸克

22夸克

t夸克

30夸克

t夸克

36夸克

t-夸克

42夸克

b-夸克

48夸克

t-夸克

56夸克

  

  

 (负能量真真空)-希格斯-正能量假真空-(负能量真真空)

  

  

 

.五种玻色子内部结构模型图解析

    玻色子(boson)指按玻色-爱因斯坦统计角动量的「自旋量子数」为0,1,2..等为「整数」的粒子。玻色子不服从「泡利不兼容原理,即多个玻色子可以同时占有同样量子态(即可以同时占有同一空间),即低温时可以发生玻色-爱因斯坦凝聚

   玻色子可再分为二:

   ().规范玻色子,有4种  

     1.光子-电磁相互作用的媒介粒子,自旋为1,只有1种(图三)

     2.引力子-引力相互作用的媒介粒子,自旋2,只有1种,尚未被发现(图四)

     3.胶子-相互作用的媒介粒子自旋为1,有8种(图五)

     4.W 及 Z 玻色子 - 弱相互作用媒介粒子,自旋1,有3种(图六)

   ().希格斯玻色子-通过希格斯机制将质量给予其它粒子,自旋为0,可能有五种

      目前只发现1种(图七)

              以下即五种玻色子内部结构模型图解析:

 传递电磁力的光子-内部结构模型图(图三)

 
 

传递()力的()力子-内部结构模型图(图四)

  

 

 传递核强力的胶子-内部结构模型图(图五)

  

 

传递核弱力的玻色子-内部结构模型图(图六)

 

      赋与粒子质量的希格斯场-内部结构模型图(图七)


 
 
 

 

宇宙中所有子在网状希格斯场中运动产生的阻力即成为子的质量

(同为开弦态之光子;胶子及超微小之引()力子不受该场影响,质量仍为零)

 

结论:

   现今在描述所有基本粒子的标准模型理论架构下,宇宙中有两大粒子:即

一.组成物质的费米子(包含夸克轻子)以及

二.传递力的玻色子(包含规范玻色子希格斯玻色子)共有62种,其中包括:

(一).强子:六味(即三代夸克),三色(红绿蓝),正反夸克,36种(6 ×3×2=36);

(二).轻子:正反六(即三代电子中微子)轻子,12种(2×6 =12);

(三).规范玻色子:胶子;玻色子(W+W+Z0);光子;引力子(尚未发现),  

     13(8311=13);

(四).希格斯玻色子(刚发现了1种,可能有五种)

    62种基本粒子中,统一费米子玻色子超对称理论,因至今高维空间及超对称粒子,尚未发现,故暂不讨论。但在GUT大统一理论下及在无数超大型加速器中,强子与轻子对撞的实验结果证明: 强子(夸克) 与 轻子(电子中微子)是可以互为转换的(图一),

转换模式如下

 中微子¬互为转换®上型夸克        电子¬互为转换®下型夸克

 反中微子¬互为转换®反上型夸克   正电子¬互为转换®反下型夸克

    另外基本粒子并不基本,是由弦的不同振动及形状所组成,其中基本单元是「弦位元」,故而「弦位元」就是「基本粒子」内的DNA

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