基本粒子特征結(jié)構(gòu)及分類

基本粒子，即在不改變物質(zhì)屬性的前提下的最小體積物質(zhì)。它是組成各種各樣物體的基礎(chǔ)。并不會(huì)因?yàn)樾《鴶喽ㄋ皇悄撤N物質(zhì)。現(xiàn)在科學(xué)家利用粒子加速器加速一些粒子，有時(shí)候用粒子相撞的方法，來(lái)研究基本粒子。

粒子的大小

基本粒子要比原子、分子小得多，現(xiàn)有最高倍的電子顯微鏡也不能觀察到。質(zhì)子、中子的大小，只有原子的十萬(wàn)分之一。而輕子和夸克的尺寸更小，還不到質(zhì)子、中子的萬(wàn)分之一。

粒子的質(zhì)量

粒子的質(zhì)量是粒子的另外一個(gè)主要特征量。按照粒子物理的規(guī)范理論，所有規(guī)范粒子的質(zhì)量為零，而規(guī)范不變性以某種方式被破壞了，使夸克、帶電輕子、中間玻色子獲得質(zhì)量?，F(xiàn)有的粒子質(zhì)量范圍很大。光子、膠子是無(wú)質(zhì)量的，電子質(zhì)量很小，π介子質(zhì)量為電子質(zhì)量的280倍；質(zhì)子、中子都很重，接近電子質(zhì)量的2000倍，已知最重的粒子是頂夸克。己發(fā)現(xiàn)的六種夸克，從下夸克到頂夸克，質(zhì)量從輕到重。中微子的質(zhì)量非常小，己測(cè)得的電子中微子的質(zhì)量為電子質(zhì)量的七萬(wàn)分之一，已非常接近零。

粒子的壽命

粒子的壽命是粒子的第三個(gè)主要特征量。電子、質(zhì)子、中微子是穩(wěn)定的，稱為 "長(zhǎng)壽命"粒子；而其他絕大多數(shù)的粒子是不穩(wěn)定的，即可以衰變。一個(gè)自由的中子會(huì)衰變成一個(gè)質(zhì)子、一個(gè)電子和一個(gè)中微子； 一個(gè)π介子衰變成一個(gè)μ子和一個(gè)中微子。粒子的壽命以強(qiáng)度衰減到一半的時(shí)間來(lái)定義。質(zhì)子是最穩(wěn)定的粒子，實(shí)驗(yàn)已測(cè)得的質(zhì)子壽命大于10的33次方年。(右圖片繪制：張嘉年)

粒子具有對(duì)稱性

粒子具有對(duì)稱性，有一個(gè)粒子，必存在一個(gè)反粒子。1932年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)與電子質(zhì)量相同但帶一個(gè)正電荷的粒子，稱為正電子；后來(lái)又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)帶負(fù)電、質(zhì)量與質(zhì)子完全相同的粒子，稱為反質(zhì)子；隨后各種反夸克和反輕子也相繼被發(fā)現(xiàn)。一對(duì)正、反粒子相碰可以湮滅，變成攜帶能量的光子，即粒子質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?；反之，兩個(gè)高能粒子碰撞時(shí)有可能產(chǎn)生一對(duì)新的正、反粒子，即能量也可以轉(zhuǎn)變成具有質(zhì)量的粒子。

費(fèi)米子

主條目：費(fèi)米子

基本費(fèi)米子分為 2 類：夸克和輕子夸克

實(shí)驗(yàn)顯示共存在6種夸克（quark），和他們各自的反粒子。這6種夸克又可分為3“代”。他們是

第一代：u（上夸克） d（下夸克）

第二代：s（奇異夸克） c（粲夸克）

第三代：b（底夸克） t（頂夸克）

另外值得指出的是，他們之所以未能被早期的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，原因是夸克決不會(huì)單獨(dú)存在（頂夸克例外，但是頂夸克太重了而衰變又太快，早期的實(shí)驗(yàn)無(wú)法制造）。他們總是成對(duì)的構(gòu)成介子，或者3個(gè)一起構(gòu)成質(zhì)子和中子這一類的重子。這種現(xiàn)象稱為夸克禁閉理論。這就是為什么早期科學(xué)家誤以為介子和重子是基本粒子。

輕子，共存在6種輕子（lepton）和他們各自的反粒子。其中3種是電子和與它性質(zhì)相似的μ子和τ子。而這三種各有一個(gè)相伴的中微子。他們也可以分為三代：

第一代：e（電子） （電中微子）

第二代：（μ子） （μ中微子）

第三代：（τ子） （τ中微子）

玻色子

主條目：玻色子

玻色子（英語(yǔ)：boson） 是依隨玻色-愛(ài)因斯坦統(tǒng)計(jì)，自旋為整數(shù)的粒子。規(guī)范玻色子

這是一類在粒子之間起媒介作用、傳遞相互作用的粒子。之所以它們稱為“規(guī)范玻色子”，是因?yàn)樗鼈兣c基本粒子的理論楊-米爾斯規(guī)范場(chǎng)理論有很密切的關(guān)系。

自然界一共存在四種相互作用，因此也可以把規(guī)范玻色子分成四類。

引力相互作用：引力子（graviton）

電磁相互作用：光子（photon）

弱相互作用（使原子衰變的相互作用）：W 及 Z 玻色子，共有3種。

強(qiáng)相互作用（夸克之間的相互作用）：膠子（gluon）

粒子物理學(xué)已經(jīng)證明電磁相互作用和弱相互作用來(lái)源于宇宙早期能量極高時(shí)的同一種相互作用，稱為“弱電相互作用”。有很多粒子物理學(xué)家猜想在更早期宇宙更高能量（普朗克尺度）時(shí)很可能這四種相互作用全都是統(tǒng)一的，這種理論稱為“大統(tǒng)一理論”。但是因?yàn)榧铀倨髂軌蜻_(dá)到的能量相對(duì)普朗克尺度仍然非常的低，所以很難驗(yàn)證而大統(tǒng)一理論主要的發(fā)展方向是超弦理論。

膠子是強(qiáng)相互作用的媒介子，帶有色與反色并由于色緊閉而從未被探測(cè)器觀察到過(guò)。不過(guò)，像單個(gè)的夸克一樣，它們產(chǎn)生強(qiáng)子噴注。在高能態(tài)環(huán)境下電子與正電子的湮沒(méi)有時(shí)產(chǎn)生三個(gè)噴注：一個(gè)夸克，一個(gè)反夸克和一個(gè)膠子是最先證明膠子存在的證據(jù)希格斯粒子。

希格斯粒子（Higgs）是粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型中唯一還沒(méi)有在加速器上產(chǎn)生出來(lái)的粒子。粒子物理學(xué)家們認(rèn)為希格斯粒子與其他粒子的相互作用使其他粒子具有質(zhì)量。相互作用越強(qiáng)質(zhì)量就越大。希格斯粒子本身質(zhì)量極大，的加速器能量還無(wú)法達(dá)到，而理論的計(jì)算也比較困難。物理學(xué)家們普遍希望能夠在2008年將要開(kāi)始運(yùn)行的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上產(chǎn)生出希格斯粒子。

標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言存在2種希格斯粒子：H+和H0，但是也有很多科學(xué)家提出其他的可能性。

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