一种新的所有粒子和力的地图

所有的自然界都起源于少数几个成分--基本粒子--它们之间的相互作用只有几种不同的方式。在20世纪70年代，物理学家开发了一套描述这些粒子和相互作用的方程。这些方程合在一起，形成了一个简洁的理论，现在被称为粒子物理的标准模型。

标准模型缺少一些拼图(明显缺少构成暗物质的假定粒子，传递引力的粒子，以及对中微子质量的解释)，但它提供了几乎所有其他观察到的现象的极其准确的图像。

然而，对于一个封装了我们对自然基本秩序的最好理解的框架来说，标准模型仍然缺乏连贯的可视化。大多数尝试都过于简单，或者忽略了重要的互连，或者杂乱无章，不堪重负。

这种方法不能深入了解粒子之间的关系。载力粒子(即传递电磁力的光子；传递弱力的W和Z玻色子；以及传递强力的胶子)与这些力之间作用的物质粒子-夸克、电子及其同类-处于相同的基础上。此外，像“颜色”这样的关键属性被省略了。

虽然这种可视化恰如其分地强调了希格斯玻色子的中心-标准模型的关键，原因如下-希格斯被放置在光子和胶子旁边，尽管实际上希格斯并不影响这些粒子。圆圈的象限具有误导性，例如，这意味着光子只耦合到它接触的粒子，事实并非如此。

伊利诺伊州费米国家加速器实验室(Fermi National Accelerator Laboratory)的粒子物理学家克里斯·奎格(Chris Quigg)几十年来一直在思考如何将标准模型可视化，希望更强大的视觉表示能帮助人们熟悉已知的自然界粒子，并促使他们思考这些粒子可能如何适合更大、更完整的理论框架。Quigg的可视化表示更多地显示了标准模型的底层顺序和结构。他称他的方案为“双单纯形”表示，因为自然界的左手粒子和右手粒子都形成了一个单纯形--一个三角形的推广。我们采用了Quigg的方案，并做了进一步的修改。

物质粒子主要有两种，轻子和夸克。(请注意，对于自然界中的每一种物质粒子，也有一个反物质粒子，它具有相同的质量，但在其他方面是相反的。正如其他标准模型可视化所做的那样，我们省略了反物质，这将形成一个独立的、倒置的双重单纯形。)。

让我们从夸克开始，特别是组成原子核内质子和中子的两种夸克。这两个是上夸克和下夸克，前者拥有三分之二的电荷单位，后者的电荷为−1/3。

上夸克和下夸克可以是“左撇子”或“右撇子”，这取决于它们相对于运动方向是顺时针旋转还是逆时针旋转。

左撇子的上下夸克可以通过一种叫做弱力的相互作用相互转化。当夸克交换一种叫做W玻色子的粒子时，就会发生这种情况。W玻色子是弱力的载体之一，电荷为+1或−1。这些弱相互作用由橙色线条表示：

奇怪的是，自然界中没有惯用右手的W玻色子。这意味着右手的上夸克和下夸克不能发射或吸收W玻色子，所以它们不会相互转化。

夸克还拥有一种叫做颜色的电荷。夸克可以有红色、绿色或蓝色电荷。夸克的颜色使它对强大的力很敏感。

这种强大的作用力将不同颜色的夸克结合在一起，形成质子和中子等复合粒子，这些粒子是“无色”的，没有净颜色电荷。

夸克通过吸收或发射称为胶子的粒子从一种颜色转变为另一种颜色，胶子是强力的载体。这些相互作用形成三角形的边。因为胶子本身具有颜色电荷，所以它们不仅与夸克相互作用，而且彼此之间也不断地相互作用。胶子之间的相互作用填满了三角形。