当前位置: 华文世界 > 科学

超对称理论遭遇重击,电子竟然是圆的,而且非常圆

2024-07-09科学

电子的性质。

电子是构成世界万物的基本粒子,尽管电子是基本粒子,然而却有着质子、中子一百万分之五十多的大小。

这个巨大的差异是怎么回事呢?

只有当人们开始解剖原子的组成构造的时候,电子的大小才被大众所了解。

当人们发现电子是小于质子的时候,大家的惊讶程度可想而知,然而当人们得知电子比质子小了一百万分之五十几的时候,众人的呼声都被这个数字给震慑住了,没想到电子的大小竟然如此之小。

然而这又是怎么回事呢?

为什么电子比质子小了这么多?

所以这便有了「电子是一个没有结构的点」的说法。

电子的直径大概是0.00000000003毫米。

电子是最小的,、最轻的基本粒子,同时这也是众所周知的,除了质子、中子和电子之外,电子是唯一没有构造的基本粒子。

电子是一个没有内在结构的点,而且这是很重要的一点。

因为电子的内在结构会和其它的物质产生不必要的联系,这几乎必然会让电子变得比电子现在更大,所以电子作为构成物质的最小单位,「没有内在结构」这一特性对于物质构造而言就更加简单、纯粹。

伽莱尔曾经说过:「假如有一个物体,它非常小,无论它有什么样的性质都不会影响任何其它的物体。」

然而这种说法对于电子来说却不合适,因为这种说法对于电子来说并不准确,正是因为电子非常小,所以电子可以直接受到其它力和物质的影响。

除了电子的重要性外,电子还有一个重要的作用,那就是电子是能传导电的材料,也是唯一能够突然失去平衡的材料。

在自然界中,没有一种材料可以在不受任何外力的作用下突然失去平衡,这将影响到电子在通电过程中强大的电磁场中产生的物理现象,这种现象通常在近年来人们所用的超导体中会出现。

超导体会在温度降到一定温度的时候温度突然降低,这种现象叫做超导现象。

然而电子呢?

电子不用等材料的温度再降低,只要有合适的条件,就能在室温下表现出高温超导特性,而在这之中最为重要的就是电子的失衡特性。

电子是圆的。

那么电子是不是真的是圆的呢?

每一个粒子都有自己的质量,这些质量都是由粒子的能量所决定,纯物理学家通常使用一个著名的公式来计算这种质量,这个公式就是质能关系。

这个公式描述了质量和能量之间的关系。

物理学家利用引力力学中的公式,将电子的能量转换成质量,通过这种方式可以得到电子的质量。

然而这个公式并不是不用电子的电荷来算的,其实这个公式还有一个可以处理更复杂系统的版本,但是这个公式以「电子是一个没有结构的电」为基础。

利用这个公式就能忽略掉电子的电荷和半径,这样一来,电子的电荷就可以被替代为电子的能量,电子的半径就被替代为电子的电荷的库伦势。

当物理学家们对电子电荷的库伦势用泰勒展开式,展开到二阶导数的时候,物理学家们就得到了电子的半径。

然而电子的半径并不是特别的大,而且在理论上通过排除一些不合理的假设之后,这个半径还会继续减小。

在电子的半径被非常精确地测量出来之后,物理学家们就用原子核的磁矩和电子的磁矩来测量电子的半径,而这种方法得出来的电子半径要比库伦势的半径要大很多。

超对称理论。

在物理学家研究量子力学的时候,他们遇到了一个问题,这个问题就是不同组的粒子之间为什么电荷、自旋量子数和种类这些属性是如此相似,甚至那些质量非常大的夸克和轻子的相似性。

然而对于这种普遍性现象的解释,物理学家们认为这种现象是由于不同组之间的对称性所导致。

在对称性的研究中,物理学家们发现在四维空间中,自旋为1/2的轻子中有一种叫做「螺旋线」。

这个螺旋线在描述了三维空间的旋转对称性的同时,还可以由一维量子力学中的超对称性详细地描述。

于是物理学家们认为,一定是基本粒子之间有着一种称之为「超对称性」的对称性。

然而这个超对称性几乎完全被人们所放弃了,直到上个世纪七十年代彼得·希格斯等一批物理学家发现,在四维空间中不仅存在自旋1/2的轻子,还存在自旋1的粒子。

自从物理学家发现了自旋1的轻子之后,人们又回到了超对称理论。

然而人们在继续探索超对称理论的过程中发现,如果光子和自旋1/2的轻子以及自旋1的粒子都存在的话,那么这种超对称对称性将会被破坏。

这就会导致上面提到的「超对称性」理论被推翻,然而这时,人们继续探索超对称理论,大家一致认为如果存在破坏超对称对称性的粒子,那么其它的质量超对称粒子一定就存在。

并且这些质量超对称粒子的质量一定要等于破坏超对称对称性的粒子的质量。

人们继续深入研究后,发现在物理学的所有粒子中,能够构成最简单的超对称性理论的量子场就是夸克和轻子的量子场。

在夸克和轻子场中,每一个夸克场和轻子场都有着一个伴随的超对称粒子场,同时还有对应的反对称粒子场,由于人们认为这种超对称粒子场在中微子中反转成反对称粒子变得更强烈。

所以中微子是不可能和其它中微子进行相互作用的,所以这种现象就是破坏超对称对称性的,同时在反对称粒子的波数上也有所不同。

但是大家都认为,如果不是中微子能产生质量差异,那么超对称粒子就能够完全地满足超对称对称性。

超对称对称性就不会被破坏。

所以人们就推测,如果中微子在自旋方面和超对称粒子相同的话,那么这样一来不仅能够解释超对称对称性的破碎,还能解释中微子的质量。

不过通过长时间的实验,中微子的质量并没有超对称粒子的质量大,这就导致超对称对称性被破坏。

在进行长时间的实验后,人们发现其中微子的质量和超对称粒子的质量相同,而且还能够验证超对称对称性。

然而此时现在CERN大型强子对撞机上检测得到的数据显示,电子是圆的,而且电子是非常圆的,这就直接否定超对称对称性。

结语

对于超对称理论的破碎,科学家们对此都不好受,对于这一理论的失败,还有许多的粒子机构。

这种理论也是非常好的理论,是物理学的古老理论,而且这种理论一直都没有实验证明,这对于物理学家来说是非常痛苦的事情。

对于大型强子对撞机所得到的数据,物理学家们也没有抱怨,认为这就是物理学实验的艰辛,这也是探索宇宙奥秘的过程,能够有数据产生,也是科学的精神。