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什麽是基本粒子?

基本粒子詳細圖文分析如下:

理論上最小的基本粒子是:普朗克(尺度)粒子(直徑10^-33公分),但目前尚未發現

?普朗克(尺度)粒子

目前人類已經發現61種基本粒子,尚差1種重(引)粒子未發現

粒子物理學中,基本粒子(英語:elementary particle)是組成物質最基本的單位。目前在標準模型理論的架構下,已知的基本粒子可以分為費米子(包含誇克和輕子)以及玻色子(包含規範玻色子和希格斯粒子,也稱傳播子)。由兩個或更多基本粒子所組成的則稱作復合粒子(如中子、質子、和介子)。

我們日常生活中的物質由原子所組成。過去原子被認為是基本粒子,原子這個詞來自古希臘語中“不可切分的”。之後,原子核被發現是由質子和中子所構成。20世紀前、中期的基本粒子是指質子、中子、電子、光子和各種介子,這是當時人類所能探測的最小粒子。隨著實驗和量子場論的進展,發現質子、中子、介子是由更基本的誇克和膠子所組成。同時人類也陸續發現了性質和電子類似的壹系列輕子,還有性質和光子、膠子類似的壹系列規範玻色子。這些都是現代的物理學所理解的基本粒子。

基本粒子(次原子粒子),分類如下:

費米子

基本費米子分為 2 類:誇克和輕子。

誇克

目前的實驗顯示***存在6種誇克,和他們各自的反粒子。這6種誇克又可分為3“代”。他們是

第壹代:u(上誇克) d(下誇克)

第二代:s(奇異誇克) c(粲誇克)

第三代:b(底誇克) t(頂誇克)

它們的質量關系(見上圖)。另外值得指出的是,他們之所以未能被早期的科學家發現,原因是誇克決不會單獨存在(頂誇克例外,但是頂誇克太重了而衰變又太快,早期的實驗無法制造)。他們總是成對地構成介子(見下圖),或者3個壹起構成質子和中子這壹類的重子(見下圖)。這種現象稱為誇克禁閉理論。這就是為什麽早期科學家誤以為介子和重子是基本粒子。

輕子

***存在6種輕子和他們各自的反粒子。其中3種是電子和與它性質相似的重電子。而這三種各有壹個相伴的中微子。他們也可以分為三代:

第壹代:(電子) (電中微子)

第二代:(μ子)(μ中微子)

第三代:(濤子) (τ中微子)

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玻色子

玻色子是依隨玻色-愛因斯坦統計,自旋為整數的粒子。

規範玻色子

這是壹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“規範玻色子”,是因為它們與基本粒子的理論楊-米爾斯規範場理論有很密切的關系。

自然界壹***存在四種相互作用,因此也可以把規範玻色子分成四類。

引力相互作用:引力子(尚惟理論性)

電磁相互作用:光子

弱相互作用(使粒子衰變的相互作用):W及Z玻色子,***有3種:W+,W-,Z0

強相互作用(誇克之間的相互作用):膠子

粒子物理學已經證明電磁相互作用和弱相互作用來源於宇宙早期能量極高時的同壹種相互作用,稱為“弱電相互作用”。有很多粒子物理學家猜想在更早期宇宙更高能量(普朗克尺度)時很可能這四種相互作用全都是統壹的,這種理論稱為"萬有理論"。但是目前因為加速器能夠達到的能量相對普朗克尺度仍然非常的低,所以很難驗證。而大統壹理論目前主要的發展方向是超弦理論。

?普朗克(尺度)粒子

膠子

膠子是強相互作用的媒介子,帶有色與反色並由於色緊閉而從未被探測器觀察到過。不過,像單個的誇克壹樣,它們產生強子噴註。在高能態環境下電子與正電子的對滅有時產生三個噴註:壹個誇克,壹個反誇克和壹個膠子是最先證明膠子存在的證據。

希格斯玻色子

希格斯玻色子是壹種具有質量的玻色子,沒有自旋,不帶電荷,非常不穩定,在生成後會立刻衰變。在標準模型預言的61種基本粒子中,希格斯玻色子是最後壹種被實驗證實的粒子。

圖中+-號代表不可分割的最小正負電磁信息單位-量子比特(qubit)

(名物理學家約翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:萬物源圖於比特 It from bit

量子信息研究興盛後,此概念升華為,萬物源於量子比特)

註:位元即比特