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基本粒子详细图文分析如下:
理论上最小的基本粒子是:普朗克(尺度)粒子(直径10^-33公分),但目前尚未发现
普朗克(尺度)粒子
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目前人类已经发现61种基本粒子,尚差1种重(引)粒子未发现
粒子物理学中,基本粒子(英语:elementary particle)是组成物质最基本的单位。目前在标准模型理论的架构下,已知的基本粒子可以分为费米子(包含夸克和轻子)以及玻色子(包含规范玻色子和希格斯粒子,也称传播子)。由两个或更多基本粒子所组成的则称作复合粒子(如中子、质子、和介子)。
我们日常生活中的物质由原子所组成。过去原子被认为是基本粒子,原子这个词来自古希腊语中“不可切分的”。之后,原子核被发现是由质子和中子所构成。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,这是当时人类所能探测的最小粒子。随著实验和量子场论的进展,发现质子、中子、介子是由更基本的夸克和胶子所组成。同时人类也陆续发现了性质和电子类似的一系列轻子,还有性质和光子、胶子类似的一系列规范玻色子。这些都是现代的物理学所理解的基本粒子。
基本粒子(次原子粒子),分类如下:
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费米子
基本费米子分为 2 类:夸克和轻子。
夸克
目前的实验显示共存在6种夸克,和他们各自的反粒子。这6种夸克又可分为3“代”。他们是
第一代:u(上夸克) d(下夸克)
第二代:s(奇异夸克) c(粲夸克)
第三代:b(底夸克) t(顶夸克)
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它们的质量关系(见上图)。另外值得指出的是,他们之所以未能被早期的科学家发现,原因是夸克决不会单独存在(顶夸克例外,但是顶夸克太重了而衰变又太快,早期的实验无法制造)。他们总是成对地构成介子(见下图),或者3个一起构成质子和中子这一类的重子(见下图)。这种现象称为夸克禁闭理论。这就是为什么早期科学家误以为介子和重子是基本粒子。
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轻子
共存在6种轻子和他们各自的反粒子。其中3种是电子和与它性质相似的重电子。而这三种各有一个相伴的中微子。他们也可以分为三代:
第一代:(电子) (电中微子)
第二代:(μ子)(μ中微子)
第三代:(涛子) (τ中微子)
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玻色子
玻色子是依随玻色-爱因斯坦统计,自旋为整数的粒子。
规范玻色子
这是一类在粒子之间起媒介作用、传递相互作用的粒子。之所以它们称为“规范玻色子”,是因为它们与基本粒子的理论杨-米尔斯规范场理论有很密切的关系。
自然界一共存在四种相互作用,因此也可以把规范玻色子分成四类。
引力相互作用:引力子(尚惟理论性)
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电磁相互作用:光子
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弱相互作用(使粒子衰变的相互作用):W及Z玻色子,共有3种:W+,W-,Z0
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强相互作用(夸克之间的相互作用):胶子
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粒子物理学已经证明电磁相互作用和弱相互作用来源于宇宙早期能量极高时的同一种相互作用,称为“弱电相互作用”。有很多粒子物理学家猜想在更早期宇宙更高能量(普朗克尺度)时很可能这四种相互作用全都是统一的,这种理论称为"万有理论"。但是目前因为加速器能够达到的能量相对普朗克尺度仍然非常的低,所以很难验证。而大统一理论目前主要的发展方向是超弦理论。
普朗克(尺度)粒子
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胶子
胶子是强相互作用的媒介子,带有色与反色并由于色紧闭而从未被探测器观察到过。不过,像单个的夸克一样,它们产生强子喷注。在高能态环境下电子与正电子的对灭有时产生三个喷注:一个夸克,一个反夸克和一个胶子是最先证明胶子存在的证据。
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希格斯玻色子
希格斯玻色子是一种具有质量的玻色子,没有自旋,不带电荷,非常不稳定,在生成后会立刻衰变。在标准模型预言的61种基本粒子中,希格斯玻色子是最后一种被实验证实的粒子。
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图中+-号代表不可分割的最小正负电磁信息单位-量子比特(qubit)
(名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源图于比特 It from bit
量子信息研究兴盛后,此概念升华为,万物源于量子比特)
注:位元即比特
根据作用力的不同,粒子分为强子、轻子和传播子三大类。
强子就是是所有参与强力作用的粒子的总称。它们由夸克组成,已发现的夸克有五种,它们是:上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克和底夸克。理论预言还有第六种夸克存在,已命名为顶夸克,2007年1月30日发现于美国费米实验室。现有粒子中绝大部分是强子,质子、中子、π介子等都属于强子。(另外还发现反物质,有著名的反夸克,正在研究中,如若反物质假说成立,应该还存在另外的反粒子,甚至可能有反地球,反宇宙)
轻子就是只参与弱力、电磁力和引力作用,而不参与强相互作用的粒子的总称。轻子共有六种,包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子。电子、μ子和τ子是带电的,所有的中微子都不带电;τ子是1975年发现的重要粒子,不参与强作用,属于轻子,但是它的质量很重,是电子的3600倍,质子的1.8倍,因此又叫重轻子。
传播子也属于基本粒子。传递强作用的胶子共有8种,1979年在三喷注现象中被间接发现,它们可以组成胶子球,但至今尚未被直接观测到。传递弱作用的W+,W-和Z0。中间玻色子是1983年发现的,非常重,是质子的80一90倍。
基本粒子
所谓基本粒子就是构成物质的最基本的单元。根据作用力的不同,粒子分为强子、轻子和传播子三大类。
强子就是是所有参与强力作用的粒子的总称。它们由夸克组成,已发现的夸克有五种,它们是:上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克和底夸克。理论预言还有第六种夸克存在,已命名为顶夸克,但目前尚未发现。现有粒子中绝大部分是强子,质子、中子、π介子等都属于强子。
轻子就是只参与弱力、电磁力和引力作用,而不参与强相互作用的粒子的总称。轻子共有六种,包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子。电子、μ子和τ子是带电的,所有的中微子都不带电;τ子是1975年发现的重要粒子,不参与强作用,属于轻子,但是它的质量很重,是电子的3600倍,质子的1.8倍,因此又叫重轻子。
传播子也属于基本粒子。传递强作用的胶子共有8种,1979年在三喷注现象中被间接发现,它们可以组成胶子球,但至今尚未被直接观测到。传递弱作用的W+,W-和Z0。中间玻色子是1983年发现的,非常重,是质子的80一90倍。
基本粒子要比原子、分子小得多,现有最高倍的电子显微镜也不能观察到。质子、中子的大小,只有原子的十万分之一。而轻子和夸克的尺寸更小,还不到质子、中子的万分之一。
粒子的质量是粒子的另外一个主要特征量。按照粒子物理的 规范理论,所有规范粒子的质量为零,而规范不变性以某种方式 被破坏了,使夸克、带电轻子、中间玻色子获得质量。现有的粒子质量范围很大,从0到90吉电子伏。光子、胶子是无质量的,电子质量很小,只有0.5兆电子伏,π介子质量为电子质量的280倍;质子、中子都很重,接近电子质量的2000倍,约为1吉电子伏,已知最重的粒子是Z0,其质量为90吉电子伏。己发现的五种夸克,从下夸克到底夸克,质量从轻到重。下夸克质量只有0.3吉电子伏,而底夸克重达5吉电子伏,顶夸克还没有发现,理论预言它的质量可能超过100吉电子伏。中微子的质量非常小,目前己测得的电子中微子的质量小于7电子伏,即为电子质量的七万分之一,已非常接近零。
粒子的寿命是粒子的第三个主要特征量。电子、质子、中微子是稳定的,称为 "长寿命"粒子;而其他绝大多数的粒子是不稳定的,即可以衰变。一个自由的中子会衰变成一个质子、一个电子和一个中微子; 一个π介子衰变成一个μ子和一个中微子。粒子的寿命以强度衰减到一半的时间来定义。质子是最稳定的粒子,实验已测得的质子寿命大于10的33次方年。
粒子具有对称性,有一个粒子,必存在一个反粒子。1932年科学家发现了一个与电子质量相同但带一个正电荷的粒子,称为正电子;后来又发现了一个带负电、质量与质子完全相同的粒子,称为反质子;随后各种反夸克和反轻子也相继被发现。一对正、反粒子相碰可以湮灭,变成携带能量的光子,即粒子质量转变为能量;反之,两个高能粒子碰撞时有可能产生一对新的正、反粒子,即能量也可以转变成具有质量的粒子。
粒子还有另一种属性—自旋。自旋为半整数的粒子称为费米子,为整数的称为玻色子。
物质是不断运动和变化的,在变化中也有些东西不变,即守恒。粒子的产生和衰变过程就要遵循能量守恒定律。此外还有其他的守恒定律,例如轻子数和夸克数守恒,这是基于实验上观察不到单个轻子和夸克的产生和湮灭,必须是粒子、反粒子成对地产生和湮灭而总结出来的。
微观世界的粒子具有双重属性粒子性和波动性。描述粒子的粒子性和波动性的双重属性,以及粒子的产生和消灭过程的基本理论是量子场论。量子场论和规范理论十分成功地描述了粒子及其相互作用
扯,现在这些理论还都没成体系呢,只是美国的科学家们猜想大概如此,并没有严谨的数学证明
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