基本粒子的定义与分类

1、基本粒子的定义与分类基本粒子的定义与分类（1）基本粒子的定义及其变化 基本粒子是指人们认知的构成物质的最小、最基本的单位。 但是因为物理学的不断发展，人类对物质构成的认知逐渐深 入，因此基本粒子的定义随时间也是有所变化的。目前在粒子物理学中，标准模型理论认为的基本粒子可以分 为夸克（quark）、轻子（lepton）、规范玻色子（boson）和希 格斯粒子四大类。标准模型理论之外也有理论认为可能存在 质量非常大的超粒子。传统上（ 20 世纪前、中期）的基本粒子是指质子、中子、电 子、光子和各种介子，这是当时人类所能探测的最小粒子。 而现代物理学发现质子、中子、介子都是由更加基本的夸克 和胶子（

2、gluon）构成。同时人类也发现了性质和电子类似的 一系列轻子，还有性质和光子、胶子类似的一系列规范玻色 子。这些是现代的物理学所理解的基本粒子。（ 2）基本粒子的分类 费米子：基本费米子分为两类：夸克和轻子。夸克：目前的实验显示共存在 6 种夸克，其中包括它们各自 的反粒子。这 6 种夸克又可分为 3“代”。它们是：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）

3、。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 种轻子与它们各自的反粒子。其中 3 种是电 子和与它性质相似的 子和 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）、（电中微子）第二代：（卩子）、（卩中微子）第三代：C子）（T中微子）玻色子： 玻色子是依随玻色 -爱因斯坦统计， 自旋为整数的粒 子。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

4、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。（1）引力相互作用：引力子（ graviton ）（ 2）电磁相互作用：光子（ photon） （3）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：（4）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

5、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，这是最先证 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

6、能够在 2008 年将要开始运行的大型强子对撞机上产生出希 格斯粒子。标准模型预言存在 2 种希格斯粒子： 和 ，但是也有很多科 学家提出其他的可能性。欧洲核子研究中心 2012年7月 4日在瑞士日内瓦和澳大利 亚墨尔本召开“高能物理跨洲视频会议” ，欧洲核子研究中 心主管罗尔夫豪雅在会议上表示，他们发现了一种新的粒 子，而这种粒子很可能就是寻找多年的“上帝粒子”希 格斯玻色子。 “上帝粒子”将是人类认识宇宙的一面最直接 的镜子：因为如果作为质量之源的它确实存在，物理学家就 可能因此推测出宇宙大爆炸时的情景以及占宇宙质量 96% 的包括暗能量的暗物质的情况。 有关希格斯子的理论最早是在 196

7、4年由 6位物理学家共同 提出来的，其中就包括英国爱丁堡的彼得希格斯教授。他 们当时提出这一粒子的目的就是为了解释质量的起源。理论 上，这一粒子的存在将正好补全描述整个宇宙如何运行的物 理学标准模型的缺陷，因此它便显得尤其重要。如果在 LHC 加速器中进行的数以十亿计的对撞实验中真的产生了希格斯玻色子，根据预测，它应当是不稳定的，会迅速衰变为更加稳定，质量更小的粒子。物理学家们需要对这些衰变产物进行分析，并且通过分析来推断这种被称为“上 帝粒子”的神秘粒子是否存在。现场最重量级的是四个物理学理论家，其中三个人完善了标 准模型理论，另一个人彼得希格斯则创建了这个理论，标 准模型中最后一个粒子以他命名。昨天台下就座的希格斯流 下热泪。由于希格斯玻色子是最后一种未被发现的基本粒子，对完善 粒子物理学理论“大厦”有重要意义。上帝粒子现身？“意 义堪比发现