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粒子物理分类

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粒子物理分类

基本粒子的分类

费米子

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(魅夸克)

第三代:b(底夸克) t(顶夸克)

它们的质量关系是。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。

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) νe(电子中微子)

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

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 �6�1 ,Z0

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。

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湮没有时产生三个喷注: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

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年将要开始运行的大型强子对撞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H0,但是也有很多科学家提出其他的可能性。

按自旋分类:费米子和玻色子

费米子构成物质基本粒子:轻子和夸克

轻子包括电子、mu轻子、tao轻子,电子中微子、mu子中微子、tao子中微子,及各自反粒子共12种。

夸克包括带有3种不同颜色的u、c、t上夸克,d、s、b下夸克,及各自反粒子共36种。

玻色子传递相互作用粒子:光子、w/z粒子、胶子、Higgs玻色子共13种。目前共计61种基本粒子。

第一类:自旋为1/2的费米子。

这一类包括六味夸克和六味轻子,刚好最近有一篇回答是关于夸克的。而每味夸克和轻子都有对应的反粒子。不仅如此夸克还更加特殊,每味夸克还有三个色自由度,所以实际上夸克有36种,轻子有12种,共48种。

第二类:自旋为1的玻色子。

这一类分为光子、 W+W-、 Z 玻色子以及胶子,其分别传递电磁,弱,强三种基本作用力。其中胶子一共8种,所以加起来共12种粒子。

第三类:自旋为0的Higgs粒子。

关于这种粒子是否定义为基本粒子也有一些争论,虽然它可以与费米子,包括夸克和轻子相互作用后产生质量,但是也存在它是几种粒子的复合粒子的可能。