量子材料标准模型简史（至1950s），描述粒子及其相互作用的最好理论( 二 ) 中国科学院|超导|科学家

在20世纪初，卢瑟福、马斯登和盖格进行了一系列的散射实验，由此产生了原子的模型。散射实验是指将一个粒子射入另一个粒子或材料中的任何实验。这些实验证实，的确，原子的大部分正电荷都紧密地集中在其中心。我们现在知道，原子核由称为质子和中子的亚原子粒子组成。然而，在这个时候，人们对质子是什么仍有很多疑问。
后来，就原子核中发现的粒子而言，在数学和理论方面都有了进一步的发展。 1919年，阿斯顿发现了“整数法则”的偏差，并用同位素来解释这一点。同位素是指原子核中，质子数量相同，中子数量不同的元素。整数法则是19世纪提出的一个理论，即元素的重量是氢原子的整数倍。这意味着质子是作为基本粒子的存在。
在那十年里，通过云室发现了宇宙射线，这也是一个重要的实验发展。云室是蒸汽室，从中可以看到粒子的轨迹。

云室图像被用来证明正电子的存在、

20世纪20年代，博塞、爱因斯坦、狄拉克和费米提出了量子统计的概念。量子统计学是一套规则，它定义了物理上难以区分的粒子在同一位置时的行为。它推测粒子被分成两种类型：玻色子和费米子，取决于它们的自旋。玻色子有一个整数的自旋，玻色子可以在一起并占据相同的能量状态。费米子具有像1/2这样的半整数自旋，并遵泡利不相容原理，即两个或多个费米子不能同时处于同一量子态。 1940年的自旋统计学定理提出，所有粒子不是玻色子就是费米子。
量子场理论和正电子?在这段时间里，我们也看到了量子场论的发展，主要是海森堡和狄拉克。量子场理论是一种数学工具，它认为自然界的基本组成部分是场。一个场只是一个函数，它将一个数字分配给空间和时间中的一个特定点。因此，例如，温度是一个场，在空间的每一个点，可以给出一个数字。这个数字的测量单位是华氏度或摄氏度。在我们第一次构造场之后，我们用量子化把它们变成粒子。量子化是将场的振动解释为粒子本身的数学过程，然后预测当粒子相互作用时会发生什么。

保罗-狄拉克。

第一次尝试用量子理论来描述电子的动态是狄拉克。狄拉克描述了电子，但也预测了正电子的存在（有趣的是，他最初以为是质子）。 1931年，狄拉克提出了这个关于正电子的预测。他在关于单极子的论文的介绍中也提到了这一点。不久，在1932年，安德森在实验中发现了正电子。安德森当时在加州理工学院，而在伦敦，布莱克特也发现了正电子。通过在云室中找到在磁场中向不同方向反射的粒子，观察到了这个位置。
除了电子，泡利在1930年预测了中微子。查德威克在1932年发现了中子。 1934年，费米提出了弱相互作用的理论来解释β衰变。
强相互作用和量子电动力学的发展（20世纪30年代至20世纪50年代）?1934年，汤川秀树提出了强相互作用的理论。这一力的理论化是为了解释使质子和中子等核子在原子中保持一致的力。一般来说，由于质子是带正电的，我们预计它们会相互排斥。然而，我们从卢瑟福的实验中知道，情况并非如此，必须有其他更强的力来将核子结合在一起。这种力的强度最初是用汤川势来量化的，这是一个争论激烈的方程式，物理学家认为它将 \"超过 \"电子磁脉冲的排斥力。
尤卡瓦势最初被用来量化将质子固定在一起的力的强度。
汤川提出了一种被称为π介子的粒子，它们是强相互作用的标量介质。他进行了计算，并计算了相互作用的强度。随着距离的增加，这种力会急剧下降到零，因为强相互作用的范围非常短。他估计质子的质量为100MeV 。有了这个质量，强相互作用在很短的距离内就会非常重要。
在这一预测之后，人们开始寻找质子，并在1936年，安德森发现了我们现在称之为μ介子的东西。 μ介子的质量与质子相似。但是，很快就发现， μ介子是由弱相互作用产生的，而不是由强相互作用产生的。质子是后来才被发现的，质子会衰变成μ介子。
在20世纪30年代，人们意识到事情变得混乱，显然需要对粒子进行分类和调和。 1936年，人们开始看到更多的粒子，海森堡意识到，中子和质子非常相似。因此，他们认为，就像电子有两个自旋一样，应该有另一个内部对称性，将中子和质子联系起来。