用重子和介子分析夸克色自由度
2021-04-25 11:19阅读:
用重子和介子分析夸克色自由度
一、相互作用参数等于惯性参数
二、惠更斯原理
三、时空和能量动量互为参数
这是最基本的三条原理。
从这三条原理去计算,得出所有基本粒子的内禀参数,那个太难了,人类现在能算的,也就是把基本粒子按群分类,然后近似计算,夸克色自由度是人为加上去的,这个需要明确解释。对色自由度的准确认识,对于基本粒子的数量,复合粒子的分类,空间维度等都会产生重大影响。
真空是正负能量3维线性空间对称分布,平均能量为0,3维对称基本粒子能量是3维中心对称分布,夸克是能量3维非对称分布。量子力学中真空自发对称破缺,那实际上是能量不为0的伪真空,把粒子的基态当成真空。基本粒子的能量质量来源不是伪真空,是惠更斯原理造成的能量聚积。
夸克的色自由度并不是夸克内空间增加的维度,先把时间维度放到一边,单独讨论3维实空间。夸克是3维空间能量非对称分布的结果,上夸克内部能量主要分布在2维方向,下夸克分布在1维方向,都不能在3维对称空间独立存在,3维非对称粒子要组合成3维对称结构,然后才能稳定存在于3维空间中。夸克的1代是基态,2代、3代是激发态。
最基本的费米子是8个
最基本的费米子就是下列,纯四维空间粒子色荷0,组合为四维空间对称的粒子色荷为白(红绿蓝相加)。白色和无色表现相似,但本质不同,无色粒子本来就是3维对称,白色是3维非对称粒子通过组合来达到3维对称。
正电子(电荷1,无色),上夸克(电荷2/3,色荷红、绿、蓝),反下夸克(电荷1/3,色荷红、绿、蓝),中微子、反中微子(电荷0,色荷白色),下夸克(电荷-1/3,色荷红、绿、蓝),反上夸克(电荷-2/3,色荷红、绿、蓝),电子(电荷-1,无色)。
费米子最基本的划分,8个。
正电子,上夸克,反下夸克,中微子、反中微子,下夸克,反上夸克,电子。
由于发现粒子的次序以及认识历史,有些粒子的正反叫法弄反了。把第一代夸克和轻子按照电荷顺序排列,就得到最基本的粒子,2代3代属于激发态,不放在基本粒子之列。
电荷为±1的基本粒子才是3维对称空间中的基本粒子,这样基本粒子1代和2代之间的激发,属于交叉激发,也就是夸克电荷变化为±1,对于轻子也同样。夸克1代(u、d),2代(c、s),3代(t、b),包括3代夸克的反粒子,夸克从2代到n代的激发属于平行激发,现在只发现3代夸克,至于n到底等于几,这个就不知道了,目前没法算,也没法实验。
有色荷的基本粒子组成复合粒子,要去色,电荷整数化。
任意的正反粒子都可以淹没成能量,能量再转化为其他粒子,任意的虚实粒子对都可以淹没成真空,真空也可以瞬态激发成任意虚实粒子对。
色自由度为什么是3,不是其他数值?
3维能量非对称分布,分别是2维分布的上夸克和1维分布的下夸克,有3个轴方向,所以色自由度就是3。
色自由度不是夸克的内空间增加的维度,以基态夸克u和d组成的介子和重子来分析,那就更清楚了。由于早期对夸克认识不足,那些把s夸克和ud夸克放在一起的重子8重态,10重态,介子8重态等的区分并不正确。
只考虑基态u、d夸克构成的介子和重子,每个夸克分别有空间函数,自旋,色自由度,电荷等,3维对称空间,电荷只能取整数。如果把夸克的色自由度和3维空间分开,那1个基态能放几个夸克?能放6个夸克,自旋2个态乘以色3个态,当初引进色自由度的时候,就是这样解释Δ粒子的,Δ(uuu)、Δ(uud)、Δ(udd)、Δ(ddd),Δ粒子是3夸克粒子,自旋为3/2,也就是3个夸克自旋相同,分别是3个色态,这样解释Δ粒子没有问题,但是和其他重子放在一起,那就问题出来了。
3个夸克组成的粒子,自旋可以是3/2,也可以是1/2,质子p(uud),中子n(udd)自旋就是1/2,同样由基态的3个夸克构成的粒子,仅仅是自旋差别,能量就差了近300兆,这个是无法用自旋耦合能量解释的。自旋1/2的重子,也还存在(uuu),(ddd),这两种似乎不存在。
这样的能量巨大差别,在2个夸克构成的介子上同样存在,自旋为0的л介子和自旋为1的ρ介子,能量差别就更大了,有630多兆,л介子能量才140兆,自旋分裂能多出630兆,这个根本不可能。
有人想过这个问题吗?估计是有,但没想明白,也就不管了。
在研究核子之间的相互作用的时候,把质子和中子的电荷暂且放到一边不管,把质子和中子看出同样的粒子,具有交换对称性,这种思路同样适用于夸克,把u和d看出同样的粒子,色自由度只是夸克3维非对称性的体现,并不是增加的维度。这样每一个空间基态,只能放2个自旋相反的夸克,不是原来预计的6个,这样再看介子和重子的能量差别。
л介子,自旋为0,带电荷分别是1、-1和0,能量为139.569和134.965,
ρ介子,自旋为1,带电荷分别是1、-1和0,能量为770和765。
电荷对能级有影响,这个倒是可以理解u和d自身能量不同。那自旋差别导致的能量差,这个太大了,远超出л介子本身能量,不把色自由度当成独立的自由度,一个空间基态能放2个自旋相反的夸克,那自旋为0的介子,2个夸克都在基态。自旋为1的夸克,2个夸克自旋方向一致,只能是1个夸克在基态,另一个夸克在激发态。
同样的对于3夸克组成的重子,也是这样,Δ粒子的自旋3/2,3个夸克自旋相同,也只能是1个夸克在基态,2个夸克在激发态,对于中子n和质子p,自旋为1/2,2个夸克在基态,1个夸克在激发态,这样导致的能级差。
当然夸克的内部能量分布方式还没能计算,夸克之间的运动和相互作用,也无法计算,从定性的分析,色自由度不是夸克内空间的维度,也不是增加的维度,这个世界还是4维结构。这意味着用多维空间解释世界也是错误的。
由于s夸克比d夸克能量多150兆,正好和重子内的激发态能量相仿,当初把uds看成一组夸克,重子8重态,10重态,赝标量介子的8重态和单态,矢量介子的8重态和单态,这样的划分并不正确,只是能量相近,存在着相互转换,类似于分子轨道的杂化。
再回到3夸克自旋1/2的态,(uuu),(ddd),这两种粒子哪里去了?如果2个夸克在基态,除了夸克之家的色荷相互作用,还有电磁作用,那就变成在基态尺度内,电磁斥力和夸克之间的作用大小问题。直接的计算还没那个能力,也只能从现有的粒子分析。
夸克的电荷2/3,1/3,电荷相反的夸克电磁是引力,这个不说,电荷同向的夸克电磁排斥,组合起来就是(1/3,1/3),(1/3,2/3),(2/3,2/3),s夸克和d夸克电荷相同,能量大150兆。л介子的2个夸克都处在基态,电荷(1/3,2/3),这说明在这种情况下,基态之间夸克作用大于电磁排斥。∑-(sdd),Ξ-(ssd),3夸克组合下,电荷(1/3,1/3)这样的夸克组合是可以同时在基态。
自旋1/2,(ddd)的粒子应该存在,和质子及中子质量差不多,(uuu)这个电磁斥力最大,可能不存在。(sdd),(suu),(ssd),(ssu),这样的夸克组合,同时存在自旋1/2和3/2,能量差别大约200兆,s夸克属于2代,和1代夸克之间相互作用还是有差别。对于自旋3/2的重子,s夸克比u和d更重,在只能1个夸克占据基态的情况下,s夸克会优先占据基态,也许是这样引起的能量差。
重子和介子由夸克构成,由s夸克替换d夸克,能量多150兆,1代夸克组成的重子,激发态和基态差300兆,有s夸克参与组成的重子,激发态和基态差200兆。对于2个夸克构成的介子,1代夸克组成的介子,激发态和基态差600兆,有s夸克参与组成的介子,激发态和基态差400兆,基本上是重子能级的2倍。自旋3/2的重子,有2个夸克在激发态,激发态的能量由2个夸克分担,而自旋为1的介子,只有1个夸克在激发态,所以激发态能量都由1个夸克承担,这样的解释也是合理的。重子和介子内部夸克之间的相互作用是非线性的,能级之间的差别不是简单对应关系。
色自由度仅仅是夸克3维非对称分布的一个轴向区分,并不是独立的自由度。