[科普中国]-费米常数

费米常数，是描写弱相互作用强度的一个物理常数。在粒子物理的标准模型中，这个常数被更基本的无量纲参数（弱相互作用耦合常数）和弱作用能标所取代。

简介费米常数记为，是描写弱相互作用强度的一个物理常数。在自然单位制下，它的数值是：

在粒子物理的标准模型中，这个常数被更基本的无量纲参数（弱相互作用耦合常数）和弱作用能标所取代。1

粒子物理学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。

亚原子粒子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。

标准模型理论目前基本粒子的最成功的理论是标准模型理论，它使用规范玻色子来描写强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用。光子、W及Z玻色子和胶子都属于规范玻色子。此外按标准模型理论物质是由24种基本粒子组成的，最后这个理论还预言了希格斯玻色子。

实验粒子物理学大的实验粒子物理学国际合作有：

欧洲核子研究中心：位于法国和瑞士边境日内瓦附近，其主要仪器如下：大型正负电子对撞机（2001年停用，现已拆除）；超级质子同步加速器；大型强子对撞机。

德国电子加速器：位于德国汉堡，其主要设备是强子电子环设备（HERA），可用电子和正电子与质子相撞。

SLAC国家加速器实验室：位于美国帕洛阿图附近，其主要设备是PEP-II，用来碰撞电子和正电子。

费米国立加速器实验室：位于美国芝加哥附近，其主要设备是太伏质子加速器（Tevatron），碰撞质子与反质子。

布鲁克黑文国家实验室：位于美国长岛，其主要设备是相对论重离子对撞机，用来使重离子如金离子与质子相撞。

布德克核子物理研究所（BINP）：位于俄罗斯新西伯利亚。

超级神冈探测器: 1998年，超级神冈探测器的领导者、日本科学家小柴昌俊发表了测量结果，给出中微子振荡的首个确切证据，认为中微子在三种不同“味”之间是可以相互转换的，这也表明中微子是有质量的，而不是粒子物理标准模型中预言的零质量粒子。2002年，超级神冈探测器证实反应堆中产生的中微子发生了振荡。这个探测结果在中微子天文学和粒子物理学中具有里程碑式的意义，小柴昌俊因此获得2002年的诺贝尔物理学奖。

高能加速器研究机构：位于日本筑波，拥有一个测试中微子振荡的K2K和测试正反B介子违反电荷宇称守恒性的Belle实验。

大亚湾反应堆中微子实验工程：位于中国大亚湾核电站北侧，主要物理目标是利用核反应堆产生的反中微子来测量中微子混合角，由中科院高能物理研究所主持。

此外世界各地还有许多其它粒子加速器，比如大陆的北京正负电子对撞机与台湾新竹科学工业园区的国家同步辐射研究中心。

展望世界各地的粒子物理学家对粒子物理学近期和中期最重要的目标的见解是一致的。近期的目标是于2007年完成大型强子对撞机并用它来寻找希格斯玻色子和超对称粒子。中期的目标是建造国际直线对撞机（International_Linear_Collider, ILC）。这个对撞机的技术实现方法已于2004年8月决定，但其地址还没有决定。国际直线对撞机与大型强子对撞机是互相补充的实验设备，大型强子对撞机更适合用来寻找新的粒子，而国际直线对撞机则更适合用来精确地测量这些粒子的特性。

粒子物理学的其它重要目标包括测量中微子的静质量和澄清质子的双重β衰变是否存在。这些实验不一定需要使用对撞机。2

标准模型在粒子物理学里，标准模型（英语：Standard Model, SM）是一套描述强力、弱力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子的理论。它隶属量子场论的范畴，并与量子力学及狭义相对论相容。到目前为止，几乎所有对以上三种力的实验的结果都合乎这套理论的预测。但是标准模型还不是一套万有理论，主要是因为它并没有描述到引力。3

弱相互作用弱相互作用（又称弱力或弱核力）是自然的四种基本力中的一种，其余三种为强核力、电磁力及万有引力。次原子粒子的放射性衰变就是由它引起的，恒星中一种叫氢聚变的过程也是由它启动的。弱相互作用会影响所有费米子，即所有自旋为半奇数的粒子。

在粒子物理学的标准模型中，弱相互作用的理论指出，它是由W及Z玻色子的交换（即发射及吸收）所引起的，由于弱力是由玻色子的发射（或吸收）所造成的，所以它是一种非接触力。这种发射中最有名的是β衰变，它是放射性的一种表现。重的粒子性质不稳定，由于Z及W玻色子比质子或中子重得多，所以弱相互作用的作用距离非常短。这种相互作用叫做“弱”，是因为它的一般强度，比电磁及强核力弱好几个数量级。大部分粒子在一段时间后，都会通过弱相互作用衰变。弱相互作用有一种独一无二的特性——那就是夸克味变——其他相互作用做不到这一点。另外，它还会破坏宇称对称及CP对称。夸克的味变使得夸克能够在六种“味”之间互换。

弱力最早的描述是在1930年代，是四费米子接触相互作用的费米理论：接触指的是没有作用距离（即完全靠物理接触）。但是现在最好是用有作用距离的场来描述它，尽管那个距离很短。在1968年，电磁与弱相互作用统一了，它们是同一种力的两个方面，现在叫弱电相互作用。

弱相互作用在粒子的β衰变中最为明显，在由氢生产重氢和氦的过程中（恒星热核反应的能量来源）也很明显。放射性碳定年法用的就是这样的衰变，此时碳-14通过弱相互作用衰变成氮-14。它也可以造出辐射冷光，常见于超重氢照明；也造就了β伏这一应用领域（把β射线的电子当电流用）。4

电弱理论在粒子物理学的标准模型描述中，弱相互作用与电磁相互作用是同一种相互作用的不同方面，叫弱电相互作用，这套理论在1968年发表，开发者为谢尔登·格拉肖、阿卜杜勒·萨拉姆与史蒂文·温伯格。他们的研究在1979年获得了诺贝尔物理学奖的肯定。希格斯机制解释了三种大质量玻色子（弱相互作用的三种载体）的存在，还有电磁相互作用的无质量光子。

根据电弱理论，在能量非常高的时候，宇宙共有四种无质量的规范玻色子场，它们跟光子类似，还有一个复矢量希格斯场双重态。然而在能量低的时候，规范对称会出现自发破缺，变成电磁相互作用的U(1)对称（其中一个希格斯场有了真空期望值）。虽然这种对称破缺会产生三种无质量玻色子，但是它们会与三股光子类场融合，这样希格斯机制会为它们带来质量。这三股场就成为了弱相互作用的W+、W-及Z玻色子，而第四股规范场则继续保持无质量，也就是电磁相互作用的光子。

虽然这套理论作出好几个预测，包括在Z及W玻色子发现前预测到它们的质量，但是希格斯玻色子本身仍未被发现。欧洲核子研究组织辖下的大型强子对撞机，它其中一项主要任务，就是要生产出希格斯玻色子。 2013年3月14日，欧洲核子研究组织发布新闻稿，正式宣布探测到新的粒子，即希格斯玻色子。5

本词条内容贡献者为:

尚华娟 - 副教授 - 上海财经大学