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超對稱理論遭遇重擊,電子竟然是圓的,而且非常圓

2024-07-09科學

電子的性質。

電子是構成世界萬物的基本粒子,盡管電子是基本粒子,然而卻有著質子、中子一百萬分之五十多的大小。

這個巨大的差異是怎麽回事呢?

只有當人們開始解剖原子的組成構造的時候,電子的大小才被大眾所了解。

當人們發現電子是小於質子的時候,大家的驚訝程度可想而知,然而當人們得知電子比質子小了一百萬分之五十幾的時候,眾人的呼聲都被這個數位給震懾住了,沒想到電子的大小竟然如此之小。

然而這又是怎麽回事呢?

為什麽電子比質子小了這麽多?

所以這便有了「電子是一個沒有結構的點」的說法。

電子的直徑大概是0.00000000003公釐。

電子是最小的,、最輕的基本粒子,同時這也是眾所周知的,除了質子、中子和電子之外,電子是唯一沒有構造的基本粒子。

電子是一個沒有內在結構的點,而且這是很重要的一點。

因為電子的內在結構會和其它的物質產生不必要的聯系,這幾乎必然會讓電子變得比電子現在更大,所以電子作為構成物質的最小單位,「沒有內在結構」這一特性對於物質構造而言就更加簡單、純粹。

伽萊爾曾經說過:「假如有一個物體,它非常小,無論它有什麽樣的性質都不會影響任何其它的物體。」

然而這種說法對於電子來說卻不合適,因為這種說法對於電子來說並不準確,正是因為電子非常小,所以電子可以直接受到其它力和物質的影響。

除了電子的重要性外,電子還有一個重要的作用,那就是電子是能傳導電的材料,也是唯一能夠突然失去平衡的材料。

在自然界中,沒有一種材料可以在不受任何外力的作用下突然失去平衡,這將影響到電子在通電過程中強大的電磁場中產生的物理現象,這種現象通常在近年來人們所用的超導體中會出現。

超導體會在溫度降到一定溫度的時候溫度突然降低,這種現象叫做超導現象。

然而電子呢?

電子不用等材料的溫度再降低,只要有合適的條件,就能在室溫下表現出高溫超導特性,而在這之中最為重要的就是電子的失衡特性。

電子是圓的。

那麽電子是不是真的是圓的呢?

每一個粒子都有自己的品質,這些品質都是由粒子的能量所決定,純物理學家通常使用一個著名的公式來計算這種品質,這個公式就是質能關系。

這個公式描述了品質和能量之間的關系。

物理學家利用重力力學中的公式,將電子的能量轉換成品質,透過這種方式可以得到電子的品質。

然而這個公式並不是不用電子的電荷來算的,其實這個公式還有一個可以處理更復雜系統的版本,但是這個公式以「電子是一個沒有結構的電」為基礎。

利用這個公式就能忽略掉電子的電荷和半徑,這樣一來,電子的電荷就可以被替代為電子的能量,電子的半徑就被替代為電子的電荷的庫倫勢。

當物理學家們對電子電荷的庫倫勢用泰勒展開式,展開到二階導數的時候,物理學家們就得到了電子的半徑。

然而電子的半徑並不是特別的大,而且在理論上透過排除一些不合理的假設之後,這個半徑還會繼續減小。

在電子的半徑被非常精確地測量出來之後,物理學家們就用原子核的磁矩和電子的磁矩來測量電子的半徑,而這種方法得出來的電子半徑要比庫倫勢的半徑要大很多。

超對稱理論。

在物理學家研究量子力學的時候,他們遇到了一個問題,這個問題就是不同組的粒子之間為什麽電荷、自旋量子數和種類這些內容是如此相似,甚至那些品質非常大的誇克和輕子的相似性。

然而對於這種普遍性現象的解釋,物理學家們認為這種現象是由於不同組之間的對稱性所導致。

在對稱性的研究中,物理學家們發現在四維空間中,自旋為1/2的輕子中有一種叫做「螺旋線」。

這個螺旋線在描述了三維空間的旋轉對稱性的同時,還可以由一維量子力學中的超對稱性詳細地描述。

於是物理學家們認為,一定是基本粒子之間有著一種稱之為「超對稱性」的對稱性。

然而這個超對稱性幾乎完全被人們所放棄了,直到上個世紀七十年代彼得·希格斯等一批物理學家發現,在四維空間中不僅存在自旋1/2的輕子,還存在自旋1的粒子。

自從物理學家發現了自旋1的輕子之後,人們又回到了超對稱理論。

然而人們在繼續探索超對稱理論的過程中發現,如果光子和自旋1/2的輕子以及自旋1的粒子都存在的話,那麽這種超對稱對稱性將會被破壞。

這就會導致上面提到的「超對稱性」理論被推翻,然而這時,人們繼續探索超對稱理論,大家一致認為如果存在破壞超對稱對稱性的粒子,那麽其它的品質超對稱粒子一定就存在。

並且這些品質超對稱粒子的品質一定要等於破壞超對稱對稱性的粒子的品質。

人們繼續深入研究後,發現在物理學的所有粒子中,能夠構成最簡單的超對稱性理論的量子場就是誇克和輕子的量子場。

在誇克和輕子場中,每一個誇克場和輕子場都有著一個伴隨的超對稱粒子場,同時還有對應的反對稱粒子場,由於人們認為這種超對稱粒子場在微中子中反轉成反對稱粒子變得更強烈。

所以微中子是不可能和其它微中子進行交互作用的,所以這種現象就是破壞超對稱對稱性的,同時在反對稱粒子的波數上也有所不同。

但是大家都認為,如果不是微中子能產生品質差異,那麽超對稱粒子就能夠完全地滿足超對稱對稱性。

超對稱對稱性就不會被破壞。

所以人們就推測,如果微中子在自旋方面和超對稱粒子相同的話,那麽這樣一來不僅能夠解釋超對稱對稱性的破碎,還能解釋微中子的品質。

不過透過長時間的實驗,微中子的品質並沒有超對稱粒子的品質大,這就導致超對稱對稱性被破壞。

在進行長時間的實驗後,人們發現其微中子的品質和超對稱粒子的品質相同,而且還能夠驗證超對稱對稱性。

然而此時現在CERN大型強子對撞機上檢測得到的數據顯示,電子是圓的,而且電子是非常圓的,這就直接否定超對稱對稱性。

結語

對於超對稱理論的破碎,科學家們對此都不好受,對於這一理論的失敗,還有許多的粒子機構。

這種理論也是非常好的理論,是物理學的古老理論,而且這種理論一直都沒有實驗證明,這對於物理學家來說是非常痛苦的事情。

對於大型強子對撞機所得到的數據,物理學家們也沒有抱怨,認為這就是物理學實驗的艱辛,這也是探索宇宙奧秘的過程,能夠有數據產生,也是科學的精神。