GIM机制

科技工作者之家 2020-11-17

在粒子物理中,GIM 机制(或格拉肖–李尔普罗斯–梅安尼机制)是一种压低FCNC过程(味改变的中性流过程)的机制。它是由谢尔登·格拉肖, 李尔普罗斯和卢西恩·梅安尼于1970年提出的。

简介GIM机制引入了第四个夸克——粲夸克,由此产生了新的振幅从而使FCNC过程的总振幅在树图水平上为零。它所引入的粲夸克在1974年由丁肇中和伯顿·里克特分别独立发现,由此证实了GIM机制。1

粒子物理粒子物理学是研究组成物质和射线的基本粒子以及它们之间相互作用的一个物理学分支。由于许多基本粒子在大自然的一般条件下不存在或不单独出现,物理学家只有使用粒子加速器在高能相撞的条件下才能生产和研究它们,因此粒子物理学也被称为高能物理学

现代粒子物理学的研究集中在亚原子粒子上。这些粒子的结构比原子要小,其中包括原子的组成部分如电子、质子和中子(质子和中子本身又是由夸克所组成的粒子)和放射和散射所造成的粒子如光子、中微子和μ子,以及许多其它奇特的粒子。

严格地说“粒子”这个称呼不精确,粒子物理学中研究的所有的物体都遵守量子力学的规则,它们都显示波粒二象性,根据不同的实验条件它们显示粒子的特性或波的特性。在物理理论中,它们既非粒子也非波,理论学家用希尔伯特空间中的状态矢量来描写它们,详细的理论基础为量子场论。但按照粒子物理学的常规在这篇文章中这些物体依然被称为“粒子”,虽然这些粒子也具有波的特性。

今天所知的所有基本粒子都可以用一个叫做粒子物理标准模型的量子场论来描写。标准模型是目前粒子物理学中最好的理论,它包含37种基本粒子,这些基本粒子相互结合可以形成更加复杂的粒子。从1960年代以来实验物理学家已经发现和观察到了上百种复合粒子了。标准模型理论几乎与至今为止观察到的所有的实验数据相符合。虽然如此大多数粒子物理学家相信它依然是一个不完善的理论,一个更加基本的理论还有待发现。最近发现的中微子静质量不为零是第一个与标准模型出现偏差的实验观测。2

夸克夸克(英语:quark,又译“层子”或“亏子”)是一种基本粒子,也是构成物质的基本单元。夸克互相结合,形成一种复合粒子,叫强子,强子中最稳定的是质子和中子,它们是构成原子核的单元。由于一种叫“夸克禁闭”的现象,夸克不能够直接被观测到,或是被分离出来;只能够在强子里面找到夸克。因为这个原因,人类对夸克的所知大都是来自对强子的观测。

夸克有六种“味”,分别是上、下、粲、奇、底及顶。上及下夸克的质量是所有夸克中最低的。较重的夸克会通过一个叫粒子衰变的过程,来迅速地变成上或下夸克。粒子衰变是一个从高质量态变成低质量态的过程。就是因为这个原因,上及下夸克一般来说很稳定,所以它们在宇宙中很常见,而奇、粲、顶及底则只能经由高能粒子的碰撞产生(例如宇宙射线及粒子加速器)。

夸克有着多种不同的内在特性,包括电荷、色荷、自旋及质量等。在标准模型中,夸克是唯一一种能经受全部四种基本相互作用的基本粒子,基本相互作用有时会被称为“基本力”(电磁相互作用力、万有引力、强相互作用力及弱相互作用力)。夸克同时是现时已知唯一一种基本电荷非整数的粒子。夸克每一种味都有一种对应的反粒子,叫反夸克,它跟夸克的不同之处,只在于它的一些特性跟夸克大小一样但正负不同。

夸克模型分别由默里·盖尔曼与乔治·茨威格于1964年独立地提出。引入夸克这一概念,是为了能更好地整理各种强子,而当时并没有什么能证实夸克存在的物理证据,直到1968年SLAC开发出深度非弹性散射实验为止。夸克的六种味已经全部被加速器实验所观测到;而于1995年在费米实验室被观测到的顶夸克,是最后发现的一种。2

粲夸克粲夸克(Charm quark)属于基本粒子标准模型中的六类夸克(上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、顶夸克、底夸克)之一,符号为c。其反粒子称为反粲夸克

粲夸克在夸克里第三重,质量为1.25GeV左右(比质子稍微重一点),电荷为(2/3)e,自旋1/2。粲夸克是由在1970年由谢尔登·格拉肖和李尔普罗斯和卢西恩·梅安尼预测,而粲夸克和它的反粒子可以构成J/ψ介子,J/ψ介子在1974年由布鲁克海文国家实验室的丁肇中和斯坦福线形加速器中心的伯顿·里克特分别独立发现的。这在粒子物理历史上称为“十一月革命”。1

本词条内容贡献者为:

李晓林 - 教授 - 西南大学

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