基本粒子

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基本粒子係指啲人認知嘅構成物質最細最基本嘅單位。但係因為物理學不斷嘅發展,人類對物質構成嘅認知逐漸咁深入,因為咁,基本粒子嘅定義隨時間亦都係有變嘅。目前喺粒子物理學入面,標準模型理論認為嘅基本粒子可以分為夸克輕子、規範玻色子希格斯粒子四大類。標準模型理論之外都有理論認為可能存在質量非常之大嘅超粒子。

基本粒子列表

基本粒子定義嘅變化[編輯]

傳統上(20世紀前、中期)嘅基本粒子指質子中子電子、光子同各種介子,係當時人類所能探測嘅最小粒子。而現代物理學發現咗質子中子、介子都係由更加基本嘅夸克同膠子構成。同時人類亦發現咗性質同電子類似一系列嘅輕子,重有性質同光子、膠子類似嘅系列規範玻色子,係現代物理學所理解嘅基本粒子。

分類[編輯]

費米子

夸克 目前嘅實驗顯示共存在6種夸克(quark),同佢地各自嘅反粒子。6種夸克又可分為3「代」。他們係

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)

另外值得指出嘅係,他們之所以未能被早期嘅科學家發現,原因係夸克決唔會單獨存在(頂夸克例外,但係頂夸克太重而衰變又太快,早期嘅實驗無法製造出嚟)。他們係成對嘅構成介子,或者3個一齊構成質子同中子這一類嘅重子。呢種現象稱為夸克禁閉理論。就係早期科學家誤以為介子同重子係基本粒子嘅原因。


輕子 共存在6種輕子(lepton)同佢地各自的反粒子。其中3種是電子同同它性質相似的μ子同埋τ子。而呢三種各有一個相伴嘅中微子。他們都可以分為三代:

第一代:e(電子) νe(電子中微子)

第二代:μ(μ子) νμ(μ子中微子)

第三代:τ(τ子) ντ(τ子中微子)


玻色子

規範玻色子 係一類係粒子之間起媒介作用、傳遞相互作用嘅粒子。之所以佢地稱為「規範玻色子」,係因為佢地同基本粒子嘅理論楊-米爾斯規範場理論有好密切嘅關係。

自然界一共存在四種相互作用,因此規範玻色子都可以分成四類。

引力相互作用:引力子(graviton)

電磁相互作用:光子(photon)

弱相互作用(令原子衰變都可以相互作用):W 同 Z 玻色子,共有3種:W + ,W − ,Z0

強相互作用(夸克之間嘅相互作用):膠子(gluon)

粒子物理學已經證明電磁相互作用同弱相互作用來源係宇宙早期能量極高時嘅同一種相互作用,稱為「弱電相互作用」。有好多粒子物理學家猜想係更早期宇宙更高能量(普朗克尺度)時好可能呢四種相互作用全都係統一嘅,呢種理論稱為「大統一理論」。但係目前因為加速器能夠達到嘅能量相對普朗克尺度仍然非常低,所以好難驗證。而大統一理論目前主要嘅發展方向係超弦理論。


希格斯粒子 希格斯粒子(Higgs)係粒子物理標準模型中唯一重未喺加速器上產生出來嘅粒子。粒子物理學家們認為希格斯粒子同其他粒子嘅相互作用令其他粒子具有質量。相互作用越強質量就越大。希格斯粒子本身質量極之大,目前嘅加速器能量還無法達到,而理論嘅計算也比較困難。物理學家們普遍希望能夠喺2008年將要開始運行嘅大型強子對撞器上產生出希格斯粒子。

標準模型預言存在2種希格斯粒子:H + 和H0,但係都有好多科學家提出其他嘅可能性。

標準模型理論以外嘅理論性粒子[編輯]

超對稱粒子

除咗以上實驗已經證明嘅基本粒子之外,理論粒子物理學家為左解釋某現有理論無法解釋嘅實驗現象,而猜想我地嘅宇宙中可能存在超對稱粒子。佢地質量非常大(相對一般粒子如質子而言),因此現有嘅加速器還冇法子製造佢地。但係因為量子漲落嘅存在,因此佢地可能係非常短嘅時間間隔內同非常小的機率下同我地可見嘅粒子發生相互作用,因此佢地可以間接探測到。目前每種粒子都被認為存在對應嘅超對稱粒子。並且被用來解釋某物理現象。例如夸克嘅超對稱粒子用來解釋正反粒子數目嘅不對稱,以及中微子嘅超對稱粒子解釋中微子的質量如此之小(但不是0)嘅原因,等等。


假想嘅粒子

假想嘅粒子,僅僅係理論學家嘅假想,而基本冇確切嘅實驗根據,因此可能宇宙中根本就唔存在。粒子嘅提出或者只係為咗畀某啲現有的現象作一種可能嘅解釋,或者僅僅係粒子如果存在亦都唔會破壞現有嘅物理定律,因此我地估冇理由相信佢哋一定唔存在。例如某啲科學家認為佔宇宙總能量約25%嘅「暗物質」,就係一種同其他物質作用極其微弱但係有質量嘅粒子(WIMP)。此外都有一啲理論研究某啲速度永遠達到光速的速子,以及磁單極子或者加速子等等。