基本粒子

在物理学中,基本粒子基本粒子是一种不是由其他粒子构成的粒子。

一个基本粒子可以是两类中的一类:费米子或玻色子。费米子是物质的构成部分,具有质量,而玻色子则是费米子相互作用的力载体,其中一些没有质量。标准模型是解释粒子行为方式以及影响它们的力的最被接受的方式。根据这个模型,基本粒子又分为夸克、瘦子和规管玻色子,希格斯玻色子作为非规管玻色子具有特殊地位。

在构成原子的粒子中,只有电子是基本粒子。质子和中子各由3个夸克组成,这使它们成为复合粒子,即由其他粒子组成的粒子。夸克是由胶子结合在一起的。核子有玻色子离子场,负责强核力束缚质子和中子,对抗质子之间的静电斥力。这种虚拟的离子由夸克反夸克对组成,又由胶子束缚在一起。

有三个基本属性 描述一个基本粒子:"质量","电荷"和"自旋"。'质量','电荷',和'自旋'。每个属性都有一个数字值。对于质量和电荷,数字可以是零。例如,光子的质量为零,中微子的电荷为零。对于基本粒子来说,这些属性总是保持不变的。

  • 质量。如果一个粒子需要能量来增加它的速度,或者加速它,那么它就有质量。右边的表格给出了每个基本粒子的质量。这些数值以MeV/c2s(读作megaelectronvolts超过"c"的平方)为单位,即以能量超过光速的平方为单位。这来自狭义相对论,它告诉我们,能量等于质量乘以光速的平方。所有有质量的粒子都会产生引力。所有粒子都会受到引力的影响,即使是像光子这样没有质量的粒子也是如此(见广义相对论)。
  • 电荷。粒子可能有正电荷,或负电荷,或没有电荷。如果一个粒子带有负电荷,另一个粒子带有正电荷,则两个粒子相互吸引。如果两个粒子都带有负电荷,或者都带有正电荷,两个粒子就会被推开。在短距离内,这种力比将所有粒子拉在一起的引力强得多。电子的电荷为-1,质子的电荷为+1。中子的平均电荷量为 0。普通夸克的电荷量为 ↪No_2154↩ 或 - ↪No_2153↩。
  • 自旋:粒子的角动量或恒转有一个特定的值,称为其自旋数。基本粒子的自旋数为1或½。粒子的自旋特性只表示角动量的存在。在现实中,粒子不自旋。

质量和电荷是我们在日常生活中看到的属性,因为重力和电会影响人类看到和触摸到的东西。但自旋只影响亚原子粒子的世界,所以不能直接观察到。

基本粒子的标准模型。 1 GeV/c2 = 1.783x10-27 kg。1 MeV/c2 = 1.783x10-30 kg。Zoom
基本粒子的标准模型。 1 GeV/c2 = 1.783x10-27 kg。1 MeV/c2 = 1.783x10-30 kg。

费米子

费米子(以科学家恩里科-费米的名字命名)的自旋数为½,是夸克或轻子。有12种不同类型的费米子(不包括反物质)。每种类型被称为"味道"。这些"味道"是:

  • 夸克:上、下、魅、奇、上、下。夸克有三对,称为"代"。第一代(上、下)最轻,第三代(上、下)最重。每对中的一个成员(上、奇、顶)的电荷量为↪No_2154↩。另一个成员(下、奇、下)的电荷为-↪No_2153↩。
  • eptons电子μ子tau、电子中微子、μ子中微子、tau中微子中微子的电荷量为0,因此前缀为neutr-。每一个中微子都是以其对应的原始乐顿命名的:电子、μ子和陶子。

12个费米子中的6个被认为是永远存在的:上下夸克、电子和三种中微子(不断变换味道)。其他费米子则会衰变。也就是说,它们在产生后的几分之一秒内就会分解成其他粒子。费米-狄拉克统计学是一种描述费米子集合行为的理论。基本上,你不能有超过一个费米子在同一时间同一地点。

玻色子

玻色子,以印度物理学家萨蒂恩德拉-纳特-鲍斯的名字命名,具有自旋1.虽然大多数玻色子都是由一个以上的粒子组成,但基本玻色子有两种。

  • 玻色子:胶子W+和W-Z0玻色子光子。这些玻色子携带4种基本力中的3种,自旋数为1。
    • 胶子。胶子是无质量和无充电器的粒子,它们是强力相互作用的载体。它们与夸克一起结合在一起,形成称为哈德隆的复合粒子,其中包括质子和中子。
    • W和Z玻色子。W和Z玻色子是携带弱力的粒子。W玻色子有一个物质粒子(W+)和一个反物质粒子(W-),而Z玻色子是自己的反粒子。W玻色子是在β衰变中产生的,但几乎马上就会变成一个中微子和一个电子。W玻色子和Z玻色子都是在1983年被发现的。
    • 光子。光子是无质量和无充电器的粒子 携带电磁力。光子可以有一定的频率,决定了它们是什么电磁辐射。像所有其他无质量粒子一样,它们以光速(30万公里/秒)传播。
  • 希格斯玻色子。物理学家认为,由于希格斯相互作用,大质量粒子具有质量(即它们不是像光子那样的纯能量束)。

光子胶子没有电荷,是唯一质量肯定为0的基本粒子。光子是唯一不会衰变的玻色子。玻色-爱因斯坦统计学是一种描述玻色子集合行为的理论。与费米子不同的是,在同一时间同一空间内有可能存在一个以上的玻色子。

标准模型包括上述所有基本粒子。所有这些粒子都是在实验室中观察到的。

标准模型不谈引力。如果引力和其他三种基本力一样,那么引力是由名为引力子的假想玻色子携带的。引力子还没有找到,所以没有包括在上表中。

第一个被发现的费米子,也是我们最了解的,是电子。第一个被发现的玻色子,也是我们最了解的,是光子。最能准确解释电子、光子、电磁学、电磁辐射如何共同作用的理论,叫做量子电动力学。

问题和答案

问:什么是基本粒子?
答:基本粒子是指不由其他粒子构成的粒子。

问:基本粒子属于几组?
答:基本粒子可以是两组之一,即费米子或玻色子。

问:什么是标准模型?
答:标准模型是解释粒子的行为方式和影响它们的力量的最公认的方式。

问:根据标准模型,基本粒子是如何分组的?
答:根据标准模型,基本粒子被进一步分为夸克、轻子和规整玻色子,希格斯玻色子作为非规整玻色子具有特殊地位。

问:质子和中子算是基本粒子吗?
答:不,质子和中子不被认为是基本粒子,因为它们各自由3个夸克组成,这使它们成为复合粒子--意味着它们是由其他更小的粒子组成的。

问:什么属性描述了基本粒子?
答:描述基本粒子有三个基本属性--质量、电荷和自旋--每个属性都被赋予一个数字值。

问:引力是否影响所有类型的粒子,即使是那些没有质量的粒子,如光子?
答:是的,所有类型的粒子,包括像光子这样没有质量的粒子,都会因广义相对论而受到引力的影响。

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