基本粒子

基本粒子是一种术语,指人们认知的构成物质的最小或最基本的单位。即:在不改变物质属性的前提下的最小体积物质。它是组成各种各样物体的基础,且并不会因为小而断定它不是某种物质。但在夸克理论提出后,人们认识到基本粒子也有复杂的结构,故一般不提'基本粒子'这一说法。

根据作用力的不同,粒子分为强子、轻子和传播子三大类。

基本粒子同样是一门交叉语言哲学的学科。有着多学科的科学应用。现在科学家利用粒子加速器加速一些粒子,有时候用粒子相撞的方法,来研究基本粒子的性质和组成。

大小

基本粒子要比原子、分子小得多,现有最高倍的电子显微镜也不能观察到。质子、中子的大小,只有原子的十万分之一。而轻子和夸克的尺寸更小,还不到质子、中子的万分之一。

质量

粒子的质量是粒子的另外一个主要特征量。按照粒子物理的规范理论,所有规范粒子的质量为零。而规范不变性以某种方式被破坏了,使夸克、带电轻子、中间玻色子获得质量。

现有的粒子质量范围很大。光子、胶子是无质量的,电子质量很小,π介子质量为电子质量的280倍;质子、中子都很重,接近电子质量的2000倍,已知最重的粒子是顶夸克。己发现的六种夸克,从下夸克到顶夸克,质量从轻到重。中微子的质量非常小,已经测得的电子中微子的质量为电子质量的七万分之一。

寿命

粒子的寿命是粒子的第三个主要特征量。电子、质子、中微子是稳定的,称为 '长寿命'粒子;而其他绝大多数的粒子是不稳定的,即可以衰变。一个自由的中子会衰变成一个质子、一个电子和一个中微子; 一个π介子衰变成一个μ子和一个中微子。粒子的寿命以强度衰减到一半的时间来定义。质子是最稳定的粒子,实验已测得的质子寿命大于10的33次方年。

对称性

粒子与粒子之间具有对称性。有一种粒子,必存在一种反粒子。1932年科学家发现了一个与电子质量相同但带一个正电荷的粒子,称为正电子;后来又发现了一个带负电、质量与质子完全相同的粒子,称为反质子;随后各种反夸克和反轻子也相继被发现。一对正、反粒子相碰可以湮灭,变成携带能量的光子,即粒子质量转变为能量;反之,两个高能粒子碰撞时有可能产生一对新的正、反粒子,即能量也可以转变成具有质量的粒子。

自旋

粒子还有另一种属性-自旋。自旋为半整数的粒子称为费米子,为整数的称为玻色子。

首先对基本粒子提出自转与相应角动量概念的是1925年由 Ralph Kronig、George Uhlenbeck 与 Samuel Goudsmit 三人所为。然而尔后在量子力学中,透过理论以及实验验证发现基本粒子可视为是不可分割的点粒子,是故物体自转无法直接套用到自旋角动量上来,因此仅能将自旋视为一种内在性质,为粒子与生俱来带有的一种角动量,并且其量值是量子化的,无法被改变(但自旋角动量的指向可以透过操作来改变)。

守恒

物质是不断运动和变化的,在变化中也有些东西不变,即守恒。粒子的产生和衰变过程就要遵循能量守恒定律。此外还有其他的守恒定律,例如质量守恒、动量守恒、角动量守恒,以及微观现象中不连续的宇称守恒、电荷守恒,还有重子数守恒、轻子数守恒、奇异数守恒、同位旋守恒等。

双重属性

微观世界的粒子具有双重属性粒子性和波动性。描述粒子的粒子性和波动性的双重属性,以及粒子的产生和消灭过程的基本理论是量子场论。

夸克(英语:quark,又译“层子”或“亏子”)是一种基本粒子,也是构成物质的基本单元。夸克互相结合,形成一种复合粒子,叫强子,强子中最稳定的是质子和中子,它们是构成原子核的单元。由于一种叫“夸克禁闭”的现象,夸克不能够直接被观测到,或是被分离出来;只能够在强子里面找到夸克。就是因为这个原因,我们对夸克的所知大都是来自对强子的观测。

标准模型是描述所有已知基本粒子的理论框架,同时还包括希格斯玻色子。此模型包含六种味的夸克(q):上(u)、下(d)、奇(s)、魅(c)、底(b)及顶(t)。夸克的反粒子叫反夸克,在对应的夸克符号上加一横作为标记,例如u代表反上夸克。跟一般反物质一样,反夸克跟对应的夸克有着相同的质量、平均寿命及自旋,但两者的电荷及其他荷的正负则相反。

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