什么是基本粒子?

在粒子物理学中,基本粒子是物质的最基本单位。目前,在标准模型理论的框架下,已知的基本粒子可以分为费米子(包括夸克和轻子)和玻色子(包括规范玻色子和希格斯粒子,也称为传播子)。由两个或两个以上基本粒子组成的称为复合粒子(如中子、质子、介子)。

我们日常生活中的物质由原子构成。过去认为原子是基本粒子,原子一词来源于古希腊词“不可分”。后来发现原子核是由质子和中子组成的。20世纪前中期的基本粒子是指质子、中子、电子、光子和各种介子,是当时人类能探测到的最小粒子。随着实验和量子场论的发展,发现质子、中子和介子是由更基本的夸克和胶子组成的。同时,人类发现了一系列与电子性质相似的轻子,以及一系列与光子、胶子性质相似的规范玻色子。这些都是现代物理学所理解的基本粒子。

基本粒子(亚原子粒子)分类如下:

费米子

基本费米子分为两类:夸克和轻子。

夸克

目前的实验表明,* *中有六种夸克及其各自的反粒子。这六个夸克可以分为三代。他们是

第一代:u(上夸克)d(下夸克)

第二代:s(奇异夸克)c(魅力夸克)

第三代:b(底夸克)t(顶夸克)

它们的质量关系(见上文)。此外,值得指出的是,它们之所以没有被早期科学家发现,是因为夸克从来没有单独存在过(顶夸克除外,它太重了,衰变太快,不适合早期实验)。它们总是成对形成介子(见下图),或者三个一起形成质子、中子等重子(见下图)。这种现象被称为夸克禁闭理论。这也是早期科学家误以为介子和重子是基本粒子的原因。

希腊的货币单位

* * *有六种轻子和它们的反粒子。其中三个是性质相似的电子和重电子。这三个物种都有一个伴子中微子。他们也可以分为三代:

第一代:(电子)(电中微子)

第二代:(μ介子)(muneutrino)

第三代:(陶子)(τ中微子)

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玻色子

根据玻色-爱因斯坦统计,玻色子是自旋为整数的粒子。

规范玻色子

这是一种充当媒介,传递粒子间相互作用的粒子。它们被称为“规范玻色子”,因为它们与基本粒子理论杨-米尔斯规范场理论密切相关。

自然界有四种相互作用,所以规范玻色子也可以分为四类。

引力相互作用:引力子(仍然是理论上的)

电磁相互作用:光子

有三种弱相互作用:W和Z玻色子,* * *: W+,W-,Z0。

强相互作用(夸克之间的相互作用):胶子

粒子物理学证明,在早期宇宙中能量极高时,电磁相互作用和弱相互作用来源于同一种相互作用,称为“弱电相互作用”。有许多粒子物理学家怀疑,在更早的宇宙中,当能量更高时(普朗克尺度),很可能四种相互作用都是统一的。这个理论被称为“万物理论”。但目前很难验证,因为加速器能达到的能量相对于普朗克尺度还是很低的。目前大统一理论的主要发展方向是超弦理论。

?普朗克尺度粒子

胶子

胶子是一种与色和反色强相互作用的介体,由于色封闭,从未被探测器观测到。然而,像单个夸克一样,它们会产生强子喷流。在高能态环境下,电子和正电子的消除有时会产生三个喷流:一个夸克、一个反夸克和一个胶子,这是证明胶子存在的第一个证据。

希格斯玻色子

希格斯玻色子是一种有质量的玻色子,没有自旋,没有电荷,非常不稳定,产生后会立即衰变。在标准模型预测的61个基本粒子中,希格斯玻色子是最后一个被实验证实的粒子。

有三种弱相互作用:W和Z玻色子,* * *: W+,W-,Z0。

强相互作用(夸克之间的相互作用):胶子

粒子物理学证明,在早期宇宙中能量极高时,电磁相互作用和弱相互作用来源于同一种相互作用,称为“弱电相互作用”。有许多粒子物理学家怀疑,在更早的宇宙中,当能量更高时(普朗克尺度),很可能四种相互作用都是统一的。这个理论被称为“万物理论”。但目前很难验证,因为加速器能达到的能量相对于普朗克尺度还是很低的。目前大统一理论的主要发展方向是超弦理论。

?普朗克尺度粒子

胶子

胶子是一种与色和反色强相互作用的介体,由于色封闭,从未被探测器观测到。然而,像单个夸克一样,它们会产生强子喷流。在高能态环境下,电子和正电子的消除有时会产生三个喷流:一个夸克、一个反夸克和一个胶子,这是证明胶子存在的第一个证据。

希格斯玻色子

希格斯玻色子是一种有质量的玻色子,没有自旋,没有电荷,非常不稳定,产生后会立即衰变。在标准模型预测的61个基本粒子中,希格斯玻色子是最后一个被实验证实的粒子。

图中的+-号代表正负电磁信息的最小不可分单位——量子比特。

(著名物理学家约翰·惠勒曾有一句名言:万物皆源于一点一滴。

在量子信息研究繁荣之后,这个概念已经升华为一切源于量子比特。

注意:一点就是一点。