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A-level 物理 (進階物理)/玻色子

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玻色子是具有整數自旋(如 1、2 等)的粒子,介導特定力。所有相互作用都可以用四種基本力之一來描述:引力、電磁力、弱力和強力,這些力是由相應玻色子的釋放引起的。

費曼圖

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費曼圖是表示這些相互作用的一種方法。這是一種圖,縱軸表示時間,橫軸表示空間,顯示了粒子在空間和時間中運動的路徑,用線表示。因此,靜止的電子看起來像這樣

通常,在定義空間和時間的單位時,如果物體以光速運動,它會形成一個 45° 角。玻色子是虛擬粒子,所以它們用波浪線表示。因此,光子以光速從 A 運動到 B,看起來像這樣

當然,不同的粒子可以相互作用。這些相互作用必須發生在時空中的一個特定點。它們可以用費曼圖上的某個點來表示,這個點上有進出點的線表示參與相互作用的粒子的速度。

光子是無質量的,自旋為 +1,中性,並攜帶電磁力。它們由一個粒子“釋放”,導致該粒子改變速度。然後它們被另一個粒子“接收”,也導致該粒子改變速度。這可以在費曼圖上用以下方式表示

W 和 Z 玻色子

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W 和 Z 玻色子攜帶粒子之間的弱核力。例如,這發生在 β 衰變中,β 衰變實際上分兩個階段進行。首先,中子變成質子(反之亦然),發射 W 玻色子。然後,W 玻色子“變成”電子/正電子和(反)中微子。這在下面的費曼圖中顯示

膠子攜帶夸克之間的色力,將它們結合在一起。夸克具有稱為“顏色”的屬性,膠子也是如此。膠子在夸克之間攜帶顏色,介導色力。強力是將強子結合在一起的殘餘色力。你可能不會在考試中被問及膠子。

1. 一個靜止的光源以規律的時間間隔發射單個光子。畫一個費曼圖來表示這種情況。

2. 寫出兩個方程式(包括 W+ 玻色子)來描述正電子發射。

3. W- 玻色子的電荷是多少?

解答

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