LHC 強子對撞實驗

昨天正式啟用的 LHC 強子對撞機, 將進行質子對撞實驗, 以重現大霹靂理論中宇宙成形時的狀態. 由於有科學家擔心實驗產生微黑洞, 對地球附近天體造成危害, 使得該實驗計畫充滿爭議. 對近代物理陌生的人, 這個新聞可能有聽沒有懂, 不容易了解. 總之, 這是粒子物理學中非常重要的一項實驗.

"「強子」是一種次原子粒子，在粒子物理標準模型中，所有具有強相互作用力的粒子都叫做強子，科學界認為，宇宙的基本粒子就是夸克，而3個夸克所組成的粒子就稱為「強子」。"

>> 自由時報 http://www.libertytimes.com.tw/2008/new/sep/9/today-int2.htm

>> 科學月刊 夸克與基本粒子(上) http://163.20.22.171/science/content/1978/00070103/0014.htm

>> 科學月刊 夸克與基本粒子(下) http://163.20.22.171/science/content/1978/00080104/0009.htm

>> 以下摘要, 整理自 http://chntlb.chshs.tpc.edu.tw/science/content/1979/00070115/0008.htm

基本粒子可以分成三大類：輕子、強子及場量子（gauge particles）

量子場論的第一個基本觀點是除了輕子與強子之外，還有第三類粒子─亦即作用場的量子存在，它們負責傳遞作用力。例如光子便是傳遞電磁力的粒子。

第二個基本觀點，是各作用力的範圍與傳遞者的質量成反比，例如電磁力的範圍為無限大，那是因為光子的質量為零。而弱作用力的範圍卻極小（10^-15厘米），這表示弱作用力的傳遞者（叫做W^±粒子與Z⁰粒子）質量很大

6種輕子: 不會參與強交互作用的粒子稱為輕子(lepton)

電子(Electron), 渺子(Muon), 濤子(Tau), 以及三個微中子(neutrino)

微中子不帶電, 分別為電子微中子, 渺子微中子, 以及濤子微中子
輕子是最基本的基本粒子，因為它們像是「點」粒子(無大小)

強子(hardron) : 包括質子、中子、派介子等，目前已知的強子種類超過一百。

1964年葛爾曼 Gellman 提出夸克理論, 才把強子家族的龐大族譜建構起來

四個作用力 : 強作用力, 弱作用力, 電磁力, 重力

>> 以下簡介取自 http://hepsrv.phy.ncu.edu.tw:8000/c_overview/fourforce.html

較詳細參考

>> 粒子物理摘要 http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/particleadventure/other/proj_sum.html

四個基本作用力

作用力

 理論

 強度

 傳遞子(mediator)

強作用力 （把質子、中子等拉在一起形成原子核的力）

 色動力學(chromodynamics)(QCD)

 1

 膠子(gluon)

電磁力

 電動力學(electrodynamics)(QED)

 10-2

 光子(photon)



弱作用力 （引起粒子放射性衰變，如β-衰變的力）

 Fermi theory(flavordynamics)

 10-14

 W 和 Z

重力

 廣義相對論(幾何動力學geometrodynamics)

 10-40

 重子(graviton)

重力的交換粒子是重子(尚未發現)，電磁力是光子，強作用力是膠子，

而弱作用力是Ｗ與Ｚ，這些基本力藉由交換mediator粒子而表現出來。

強作用力

強作用力是最大的力，短程力，強作用可視為帶強作用力的"色荷"(如

同電磁力之電荷)之產生。色荷分Ｒ(red)，Ｇ(green)，Ｂ(blue)。

電磁力 & 弱作用力

電荷的改變產生了電磁力，而"色荷"則產生了強作用力，輕子(lepton)

沒有"顏色"，所以它們不會參與強作用力；微中子(neutrino)沒有電

荷，所以它不會經驗到電磁力，但是它們都有弱交互作用。有兩種：是

由Ｗ或Ｚ做mediator的作用。

重力

重力場的量子稱為graviton，它的靜止質量要如同同樣是長程力(long range force)的電磁場的光子一樣為零。它的自旋(spin)必為２，因為宇宙中沒有負的重力質量的緣故。