導讀：本章摘自獨立學者靈遁者量子力學科普書籍《見微知著》。此文旨在幫助大家認識我們身處的世界。世界是確定的，但世界的確定性不是我們能把我的。
上面的內(nèi)容，就是人類目前對于膠子的研究和認識。怎么樣？到現(xiàn)在為止，你的大腦還能儲存多少內(nèi)容？ 其實你的大腦儲存東西的極限是不存在的。但單次儲存內(nèi)容的極限是存在的。所以你可以休息一天，明天繼續(xù)來看下面的內(nèi)容。
再來看一下關(guān)于W粒子和Z粒子的知識內(nèi)容。在物理學中，W及Z玻色子（boson）是負責傳遞弱核力的基本粒子。它們是1983年在歐洲核子研究組織發(fā)現(xiàn)的，被認為是粒子物理標準模型的一大勝利。
W玻色子是因弱核力的“弱”（Weak）字而命名的。而Z玻色子則半幽默地因是“最后一個要發(fā)現(xiàn)的粒子”而名。另一個說法是因Z玻色子有零（Zero）電荷而得名。
W玻色子有兩種，分別有 +1（W+）和?1（W?）單位電荷。W+是W?的反粒子。而Z玻色子（Z0）則為電中性的，且為自身的反粒子。這三種粒子皆十分短命，其半衰期約為 3 \times 10^{-25}秒。
這些玻色子在各種基本粒子之中屬重型的一類。W的質(zhì)量為80.399 ± 0.023 GeV，而Z則為91.1876 ± 0.0021 GeV。它們差不多是質(zhì)子質(zhì)量的一百倍——比鐵原子還要重。
玻色子的質(zhì)量是十分重要的，因其限制了弱核力的相用范圍。相對地，電磁力的相用范圍無限遠因為光子無質(zhì)量。
于1950年代量子電動力學的空前成功后，科學家希望為弱核力建立相似的理論。于1968年，這個論調(diào)在統(tǒng)一電磁力和弱核力后達到高潮。提出弱電統(tǒng)一的謝爾登·格拉肖、史蒂文·溫伯格和阿卜杜勒·薩拉姆因此得到1979年的諾貝爾物理學獎。他們的弱電理論不止假設了W玻色子的存在來解釋β衰變，還預測有一種未被發(fā)現(xiàn)的Z玻色子。
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W和Z玻色子有質(zhì)量，而光子卻沒有——這是弱電理論發(fā)展的一大障礙。這些粒子現(xiàn)時以一個SU(2) 規(guī)范理論來精確描述，但理論中玻色子必定無質(zhì)量。譬如，光子無質(zhì)量是因為電磁力能以一個U(1)規(guī)范理論解釋。某些機制必須破壞SU(2)的對稱來給予W和Z玻色子的質(zhì)量。其中一個解釋是由彼得·希格斯于1960年代晚期提出的希格斯機制。它預言了一種新粒子——希格斯玻色子(現(xiàn)今此粒子已被證實存在了)。
SU(2)測量儀理論、電磁力和希格斯機制三者的組合稱為格拉肖-溫伯格-薩拉姆模型。它是目前廣泛接受為標準模型的一大支柱。
W和Z粒子的發(fā)現(xiàn)是歐洲核子研究組織的主要成就之一。首先，于1973年，實驗觀察到了弱電理論預測的中性流作用；那時加爾加梅勒的氣泡室拍攝到有一些電子突然自行移動的軌跡。這些觀測結(jié)果被詮釋為中微子借由交換沒有軌跡的Z玻色子與電子互相作用。由于中微子是偵測不到的，因此實驗中只能看到電子因著交互作用而造成的動量改變。
W和Z粒子要到能量夠高的粒子加速器建立后才正式被發(fā)現(xiàn)。第一部這樣的加速器是超級質(zhì)子同步加速器，其中卡洛·魯比亞和西蒙·范德梅爾在1983年一月進行的一連串實驗給出了明顯的W粒子證據(jù)。這些實驗稱作“UA1”（由魯比亞主導）和“UA2”，且為眾多人合作的努力成果。
范德梅爾是加速器方面的驅(qū)策者（隨機冷卻）。UA1和UA2在幾個月后（1983年五月）找到Z粒子。很快地魯比亞和范德梅爾因而得到1984年的諾貝爾物理學獎，這可算是保守的諾貝爾獎基金會自成立以來相當不尋常迅速的一次。
再來說說光子，光子是我們大家都比較熟悉的粒子。光子（Photon）是一種基本粒子，是電磁輻射的量子。在量子場論里是負責傳遞電磁力的力載子。
這種作用力的效應在微觀層次或宏觀層次都可以很容易地觀察到，因為光子的靜止質(zhì)量為零，它可以移動至很遠距離，這也意味著它在真空中的傳播速度是光速。如同其它微觀粒子，光子具有波粒二象性，能夠展現(xiàn)出波動性與粒子性。例如，它能在雙縫實驗里展示出波動性，也能在光電效應實驗里展示出粒子性。
阿爾伯特·愛因斯坦在1905年至1917年間發(fā)展出光子的現(xiàn)代概念，這是為了解釋一些與光的古典波動模型不相符合的實驗結(jié)果。當時被普遍接受的經(jīng)典電磁理論，盡管能夠論述關(guān)于光是電磁波的概念，但是無法正確解釋黑體輻射與光電效應等實驗現(xiàn)象。
半古典理論在麥克斯韋方程組的框架下將物質(zhì)吸收光和發(fā)射光所涉及的能量量子化，而行進的光波仍采古典方法處理；如此可對黑體輻射的實驗結(jié)果做出合理解釋。
愛因斯坦的主張與普朗克的半古典理論明顯不同，他提出光本身就是量子化的概念，當時愛因斯坦稱之為“光量子”（英語：light quantum）。
雖然半古典理論對于量子力學的初始發(fā)展做出重大貢獻，從于1923年觀測到的電子對于單獨光子的康普頓散射開始，更多的實驗證據(jù)使愛因斯坦光量子假說得到充分證實。由于這關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)，愛因斯坦于1921年獲頒諾貝爾物理學獎。
光子的概念帶動了實驗和理論物理學在多個領域的巨大進展，例如激光、玻色-愛因斯坦凝聚、量子場論、量子力學的統(tǒng)計詮釋、量子光學和量子計算等。在物理學外的其他領域里，這概念也找到很多重要應用，如光化學、高分辨顯微術(shù)，以及分子間距測量等。在當代相關(guān)研究中，光子是研究量子計算機的基本元素，也在復雜的光通信技術(shù)，例如量子密碼學等領域有重要的研究價值。
根據(jù)粒子物理的標準模型，光子的存在可以滿足物理定律在時空內(nèi)每一點具有特定對稱性的理論要求。這種對稱性稱為規(guī)范對稱性，它可以決定光子的內(nèi)秉屬性，例如質(zhì)量、電荷、自旋等f。光子的自旋為1，因此是玻色子，不遵守泡利不相容原理。
電磁場可用規(guī)范場論來理解為要求時空中每一個位置都滿足對稱性要求的結(jié)果。對于電磁場，這種規(guī)范對稱性是復數(shù)的局域阿貝爾U(1)對稱性，復數(shù)代表著可以自由改變其相位，而不改變其實數(shù)部分，例如能量或拉格朗日量是復數(shù)的實部。
在對稱不破缺的前提下，阿貝爾規(guī)范場的量子必須是無質(zhì)量的、不帶電荷的玻色子，因此理論預言光子為無質(zhì)量無電荷并帶有整數(shù)自旋的粒子。電磁相互作用的形式?jīng)Q定了光子的自旋一定為±1，即螺旋性一定為正負h{\displaystyle \pm \hbar \,}正負，對應著光子經(jīng)典概念中的左旋和右旋；而虛光子也可能會具有無物理意義的其他自旋態(tài)。
物理學家一直在致力于檢查實驗結(jié)果和標準模型的預言相矛盾之處，特別是從實驗中計算光子所帶電荷和內(nèi)秉質(zhì)量的上限，任何一個值非零都是對標準模型致命的破壞。然而，目前為止所有實驗都證明光子具有的電荷和內(nèi)秉質(zhì)量為零，現(xiàn)今最為廣泛接受的上限值分別為5×10?52庫侖（3×10?33倍基本電荷）和1.1×10?52千克（6×10-17電子伏特）。
在流行的標準模型中，光子是弱電相互作用的四個規(guī)范玻色子之一，其他三個是參與弱相互作用的W+, W?和Z0，它們都具有內(nèi)秉質(zhì)量，因此需要一種SU(2)規(guī)范對稱破缺的機制來解釋。
光子和W、Z玻色子的電弱理論是由格拉肖、薩拉姆和溫伯格完成的，三人因此項工作獲得1979年的諾貝爾物理學獎。而大統(tǒng)一理論的創(chuàng)立，是物理學家試圖將這四種規(guī)范玻色子和傳遞強相互作用的八種膠子規(guī)范玻色子聯(lián)系起來的嘗試；然而大統(tǒng)一理論的一些關(guān)鍵性預言，例如質(zhì)子的衰減，還沒有在實驗中得到證實。
當一個系統(tǒng)輻射出一個光子，從相對系統(tǒng)靜止的參考系來看，能量相應地降低了一個光子對應的能量E=hv，這造成系統(tǒng)質(zhì)量降低了{\displaystyle E/c^{2}\,}；同樣地，系統(tǒng)吸收光子時質(zhì)量也會增加相應的值。
這一概念被應用于狄拉克發(fā)起的理論——量子電動力學的關(guān)鍵性預言中。在這理論里，電子（或更普遍性的，輕子）的質(zhì)量被修正，將虛光子的質(zhì)量貢獻納入計算，應用到重整化技術(shù)。這種“輻射修正”在量子電動力學里給出一些預言，例如，輕子的磁偶極矩、蘭姆位移、束縛輕子對的超精細結(jié)構(gòu)（例如μ介子素或電子偶素）。
既然光子對能量-動量張量有貢獻，根據(jù)廣義相對論它們也會產(chǎn)生引力場。反過來，光子本身也會受到引力場的作用，在彎曲的時空中它們的路徑也會發(fā)生彎曲，在天體物理學中這被應用為引力透鏡。在強引力場中運動時光子的頻率會發(fā)生引力紅移，這一點已經(jīng)在龐德-雷布卡實驗（英語：Pound-Rebka experiment）中得到證實。當然，這些效應并不僅限于光子，而對經(jīng)典的電磁波同樣成立。
更多關(guān)于光學知識的介紹，在前面幾章有論述，大家可以回頭多看看。
最后一個要認識的粒子是希格斯玻色子。這個前面第第二十四章《希格斯玻色子，讓一切重起來！》有詳細的論述，大家返回去來看。
希格斯玻色子（英語：Higgs boson）是標準模型里的一種基本粒子，是一種玻色子，自旋為零，宇稱為正值，不帶電荷、色荷，極不穩(wěn)定，生成后會立刻衰變。希格斯玻色子是希格斯場的量子激發(fā)。根據(jù)希格斯機制，基本粒子因與希格斯場耦合而獲得質(zhì)量。在2013年的時候，希格斯玻色子被發(fā)現(xiàn)了。
以上就是所有61種基本粒子的相觀知識和歷史實驗發(fā)現(xiàn)。對于我們來說，這不是終極理論。就像文中提到的，還有一些科學家在搜索發(fā)現(xiàn)新的粒子。
所以人類永遠不會無聊，因為有太多未解之謎，宇宙之謎等著我們?nèi)テ平?。
摘自獨立學者靈遁者量子力學書籍《見微知著》
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