各種粒子介紹

在物理學(xué)中第一個以“子”結(jié)尾的專有名詞,很可能是“原子”(atom)赃泡,原子這個詞源自古希臘文乘盼,是不可分割的意思,表示構(gòu)成物質(zhì)的不可再分的最小單元级野。

值得注意的是古希臘人還有“分子”概念粹胯,用以表示幾個原子構(gòu)成的一個小集團(tuán),不同原子的集團(tuán)對應(yīng)不同的物性况鸣,古希臘人的這個想法和近代物理學(xué)家,化學(xué)家講的分子幾乎是一模一樣的潜索。

有了原子的概念懂酱,下面就會有很多“子”,比如光子表示構(gòu)成光的最小單位整陌,電子表示構(gòu)成電的最小單位等等昔园。確實在原子之后默刚,在物理學(xué)中被廣泛研究和討論的也確實是光子和電子。

這里插入一下“量子”的概念澜搅,量子是普朗克最早提出的邪锌,用以表示光能量的最小單位hν,我們現(xiàn)在知道hν就是一個光子的能量饵溅。

原子整體是電中性的妇萄,而電子是原子的組成部分蜕企,并且是帶負(fù)電的,那么在原子中就一定帶正電的成分冠句,這就是質(zhì)子轻掩,質(zhì)子帶正電,并且所帶電量和電子正好相同懦底。但質(zhì)子的質(zhì)量要比電子大將近2000倍唇牧。

質(zhì)子位于原子中心的一個極小區(qū)域內(nèi),我們稱之為原子核,除了存在質(zhì)子外丐重,還有中子腔召,中子和質(zhì)子的質(zhì)量幾乎是完全一樣的,但中子不帶電弥臼。中子和質(zhì)子一起構(gòu)成原子核,可能是幾個質(zhì)子和幾個中子一起構(gòu)成原子核径缅。

中子并不穩(wěn)定掺栅,物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)原子核中的中子會衰變?yōu)橘|(zhì)子和電子,相應(yīng)地原子核中的質(zhì)子數(shù)會+1纳猪。這樣的過程被稱為β衰變氧卧,β粒子在這里指的是從原子核中釋放出來的電子。物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)在β衰變中能量似乎是不守恒的氏堤,這導(dǎo)致泡利猜測在β衰變中還有一種質(zhì)量幾乎為0的中性粒子產(chǎn)生沙绝,它帶走了一部分能量,這就是中微子鼠锈。

物理學(xué)家對宇宙射線的研究又發(fā)現(xiàn)了正電子闪檬,這是一種質(zhì)量、電荷與電子完全一樣购笆,但所帶電荷電性與電子正好相反的粒子粗悯。正電子可以很好地用狄拉克的相對論性量子力學(xué)予以解釋。

玻色子和費(fèi)米子概念是物理學(xué)家在研究幾個粒子構(gòu)成的物理系統(tǒng)的時候提出的同欠,根據(jù)量子力學(xué)样傍,相同種類的微觀粒子具有完全一樣的電荷、質(zhì)量铺遂、自旋等衫哥,它們是無法區(qū)分的,如果我們試圖通過“軌跡”象區(qū)分經(jīng)典粒子那樣去區(qū)分微觀粒子的話襟锐,這是不可能完成的任務(wù)撤逢,因為對量子力學(xué)而言,存在位置-動量不確定原理粮坞,我們不可能無限精確地同時確定微觀粒子的位置和動量笛质,這意味著無限精細(xì)的軌道是不存在的,原則上我們無法區(qū)分兩個相同種類的微觀粒子捞蚂。

這反過來會對描述粒子系統(tǒng)的波函數(shù)提出要求,即波函數(shù)對交換兩個粒子的指標(biāo)或者是對稱的跷究,或者是反對稱的姓迅,如果波函數(shù)對稱的話,對應(yīng)的粒子就是玻色子,反之就是費(fèi)米子丁存。

以上粒子中玻色子有:光子肩杈,剩下的:電子、正電子解寝、質(zhì)子扩然、中子和中微子都是所謂費(fèi)米子。

值得一提的是現(xiàn)在的物理學(xué)家又提出超對稱的概念聋伦,認(rèn)為每一種作為費(fèi)米子的基本粒子會有一種超對稱玻色子與之對應(yīng)夫偶,而每一種玻色子又有一種超對稱費(fèi)米子與之對應(yīng)。比如電子的超對稱伙伴就是超電子觉增,而光子的超對稱伙伴就是光微子等等兵拢。

但可惜的是迄今為止我們還沒有發(fā)現(xiàn)任何超對稱粒子。

根據(jù)粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型(如圖)逾礁,我們可以通過相互作用對粒子進(jìn)行分類说铃。

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夸克參與強(qiáng)相互作用,有:u(上)嘹履,c(粲)腻扇,t(上),d(下)砾嫉,s(奇)幼苛,b(底)六種;

參與弱相互作用的是:e(電子)焰枢,μ子蚓峦,τ子,電子中微子济锄,μ子中微子暑椰,和τ子中微子。

以上都是費(fèi)米子荐绝。

規(guī)范玻色子是傳遞相互作用的媒介粒子:膠子傳遞強(qiáng)相互作用一汽,光子傳遞電磁相互作用,Z和W+-玻色子傳遞弱相互作用低滩,當(dāng)然我們還可以說引力子傳遞引力召夹,但引力的量子化尚未完成,引力子也沒有被發(fā)現(xiàn)恕沫。

最后還有一個標(biāo)量玻色子——希格斯玻色子监憎,它解釋了為什么某些基本粒子具有質(zhì)量。

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