Question

各种粒子介绍

Answer 1

在物理学中第一个以“子”结尾的专有名词，很可能是“原子”（atom），原子这个词源自古希腊文，是不可分割的意思，表示构成物质的不可再分的最小单元。

值得注意的是古希腊人还有“分子”概念，用以表示几个原子构成的一个小集团，不同原子的集团对应不同的物性，古希腊人的这个想法和近代物理学家，化学家讲的分子几乎是一模一样的。

有了原子的概念，下面就会有很多“子”，比如光子表示构成光的最小单位，电子表示构成电的最小单位等等。确实在原子之后，在物理学中被广泛研究和讨论的也确实是光子和电子。

这里插入一下“量子”的概念，量子是普朗克最早提出的，用以表示光能量的最小单位hν，我们现在知道hν就是一个光子的能量。

原子整体是电中性的，而电子是原子的组成部分，并且是带负电的，那么在原子中就一定带正电的成分，这就是质子，质子带正电，并且所带电量和电子正好相同。但质子的质量要比电子大将近2000倍。

质子位于原子中心的一个极小区域内，我们称之为原子核，除了存在质子外，还有中子，中子和质子的质量几乎是完全一样的，但中子不带电。中子和质子一起构成原子核，可能是几个质子和几个中子一起构成原子核。

中子并不稳定，物理学家发现原子核中的中子会衰变为质子和电子，相应地原子核中的质子数会＋1。这样的过程被称为β衰变，β粒子在这里指的是从原子核中释放出来的电子。物理学家发现在β衰变中能量似乎是不守恒的，这导致泡利猜测在β衰变中还有一种质量几乎为0的中性粒子产生，它带走了一部分能量，这就是中微子。

物理学家对宇宙射线的研究又发现了正电子，这是一种质量、电荷与电子完全一样，但所带电荷电性与电子正好相反的粒子。正电子可以很好地用狄拉克的相对论性量子力学予以解释。

玻色子和费米子概念是物理学家在研究几个粒子构成的物理系统的时候提出的，根据量子力学，相同种类的微观粒子具有完全一样的电荷、质量、自旋等，它们是无法区分的，如果我们试图通过“轨迹”象区分经典粒子那样去区分微观粒子的话，这是不可能完成的任务，因为对量子力学而言，存在位置-动量不确定原理，我们不可能无限精确地同时确定微观粒子的位置和动量，这意味着无限精细的轨道是不存在的，原则上我们无法区分两个相同种类的微观粒子。

这反过来会对描述粒子系统的波函数提出要求，即波函数对交换两个粒子的指标或者是对称的，或者是反对称的，如果波函数对称的话，对应的粒子就是玻色子，反之就是费米子。

以上粒子中玻色子有：光子，剩下的：电子、正电子、质子、中子和中微子都是所谓费米子。

值得一提的是现在的物理学家又提出超对称的概念，认为每一种作为费米子的基本粒子会有一种超对称玻色子与之对应，而每一种玻色子又有一种超对称费米子与之对应。比如电子的超对称伙伴就是超电子，而光子的超对称伙伴就是光微子等等。

但可惜的是迄今为止我们还没有发现任何超对称粒子。

根据粒子物理的标准模型（如图），我们可以通过相互作用对粒子进行分类。

夸克参与强相互作用，有：u（上），c（粲），t（上），d（下），s（奇），b（底）六种；

参与弱相互作用的是：e（电子），μ子，τ子，电子中微子，μ子中微子，和τ子中微子。

以上都是费米子。

规范玻色子是传递相互作用的媒介粒子：胶子传递强相互作用，光子传递电磁相互作用，Z和W+-玻色子传递弱相互作用，当然我们还可以说引力子传递引力，但引力的量子化尚未完成，引力子也没有被发现。

最后还有一个标量玻色子——希格斯玻色子，它解释了为什么某些基本粒子具有质量。