基本粒子

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基本粒子指人们认知的构成物质的最小最基本的单位。但是因为物理学的不断发展，人类对物质构成的认知逐渐深入，因此基本粒子的定义随时间也是有所变化的。目前物理学认为的基本粒子可以分为夸克、轻子、规范玻色子和希格斯粒子四大类。此外也有理论认为可能存在质量非常大的超粒子。

[编辑] 基本粒子定义的变化

传统上（20世纪前、中期）的基本粒子指质子、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。当时的物理学家认为它们是最基本粒子的一个重要原因是在粒子加速器上轰击这些粒子时，发现不能够产生结构更加基础的产物，反而只是产生了更多的质子、中子、介子等。（这些多出来的粒子来源于加速器的巨大能量，通过爱因斯坦质能方程 $E = m c 2$ 而变成的质量。）

而现代物理学发现质子、中子、介子都是由更加基本的夸克和胶子构成。同时人类也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。这些是现代的物理学所理解的基本粒子。

[编辑] 基本粒子的分类

[编辑] 费米子

[编辑] 夸克

目前的实验显示共存在6种夸克(quark)，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）

它们的质量关系是 $m_u \simeq m_d < m_s < m_c < m_b < m_t$ 。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）。他们总是成对的构成介子，或者3个一起构成质子和中子这一类的重子。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。

[编辑] 轻子

共存在6种轻子（lepton)和他们各自的反粒子。其中3种是电子和与它性质相似的 $μ$ 子和 $τ$ 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：e（电子） $ν e$ （电子中微子）

第二代： $μ$ （ $μ$ 子） $ν μ$ （ $μ$ 子中微子）

第三代： $τ$ （ $τ$ 子） $ν τ$ （ $τ$ 子中微子）

[编辑] 玻色子

[编辑] 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（graviton）

电磁相互作用：光子（photon）

弱相互作用（使原子衰变的相互作用）：W 及 Z 玻色子，共有3种： $W +, W -, Z 0$

强相互作用（夸克之间的相互作用）：胶子（gluon）

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“大统一理论”。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。

[编辑] 希格斯粒子

希格斯粒子(Higgs)是粒子物理标准模型中唯一还没有在加速器上产生出来的粒子。粒子物理学家们认为希格斯粒子与其他粒子的相互作用使其他粒子具有质量。相互作用越强质量就越大。希格斯粒子本身质量极大，目前的加速器能量还无法达到，而理论的计算也比较困难。物理学家们普遍希望能够在2008年将要开始运行的LHC加速器上产生出希格斯粒子。

标准模型预言存在2种希格斯粒子： $H +$ 和 $H 0$ ，但是也有很多科学家提出其他的可能性。

[编辑] 超粒子

除了以上这些实验已经证明的基本粒子之外，理论粒子物理学家为了解释某些现有理论无法解释的实验现象，而猜想我们的宇宙中可能存在有质量非常巨大的超粒子。它们质量非常的大（相对一般粒子如质子而言），因此现有的加速器还无法制造他们。但是因为量子波动的存在，因此它们可能在非常短的时间间隔内和非常小的概率下与我们可见的粒子发生相互作用，因此它们可以间接的探测到。目前每种粒子都被认为存在对应的超粒子。并且被用来解释某些物理现象。例如夸克quark的超粒子squark用来解释正反粒子数目的不对称，以及中微子neutrino的超粒子neutrilino用来解释为什么中微子的质量如此之小（但不是0），等等。

[编辑] 假想的粒子

有一些粒子，仅仅是理论学家的假想，而基本没有确切的实验根据，因此可能宇宙中根本不存在。这些粒子的提出或者只是为了给某些现有的现象作一种可能的解释，或者仅仅是这种粒子如果存在也不会破坏现有的物理定律，因此我们没有理由相信他们一定不存在而已。例如某些科学家认为占宇宙总能量约25%的“暗物质”，就是一种与其他物质作用極其微弱的但是有质量的粒子(WIMP)。此外也有一些理论研究某些速度永远达于光速的粒子（tachyon），以及磁单极子，等等。

基本粒子和基本zh-cn:相互作用;zh-tw:交互作用	编辑
費米子: 夸克 \| 輕子
玻色子 : 膠子 \| 光子 \| W 及 Z 玻色子 \| zh-tw:重力子;zh-cn:引力子# \| 希格斯玻色子
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*：尚未發現；#：不在標準模型内

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