什么是基本粒子？
基本粒子是已知的宇宙最小的构造块。它们被认为没有内部结构，这意味着研究人员认为它们是零维点，不占空间。电子可能是最常见的基本粒子，但描述粒子间相互作用和几乎所有作用力的标准物理模型识别出10个基本粒子。
电子和相关粒子电子是原子带负电的组成部分。虽然它们被认为是零维点粒子，但是电子被一系列其他虚拟粒子所包围，这些虚拟粒子不断地闪烁着存在和消失，它们本质上是电子本身的一部分。一些理论预言电子有一个略为正的极和一个略为负的极，这意味着这一团虚拟粒子因此应该是有点不对称的。
如果是这样的话，电子的行为可能不同于它们的反物质双倍正电子，这可能解释了许多关于物质和反物质。但是物理学家们反复测量了电子的形状，发现它在他们所知的范围内是完美的圆形，使得他们无法回答反物质的难题。
电子有两个更重的近亲，叫做μ子和τ。当来自外层空间的高能宇宙射线撞击地球大气层顶部，产生大量奇异粒子时，就可以产生μ子。由于tau比电子重3400多倍，因此它更稀有，也更难产生。中微子、电子、μ子和τ构成了一类称为轻子的基本粒子。
夸克及其奇异的夸克（构成质子和中子）是另一类基本粒子。夸克和轻子一起构成了我们认为的物质。
很久以前，科学家认为原子是最小的可能物体；这个词来自希腊语“atomos”，意思是“不可分割”。在20世纪初，原子核被证明是由质子和中子组成的。然后，在整个20世纪50年代和60年代，粒子加速器不断地揭示出大量奇异的亚原子粒子，如π和π。
在1964年，物理学家Murray Gell Mann和George Zweig独立地提出了一个模型，可以解释质子、中子和粒子动物园其他部分的内部工作，根据加州SLAC国家加速器实验室的历史报告。位于质子和中子内部的是被称为夸克的微小粒子，它们有六种可能的类型或味道：上、下、奇怪、魅力、底部和顶部。
质子由两个上夸克和一个下夸克组成，而中子则由两个下夸克和一个上夸克组成。上下夸克是最轻的种类。因为更多的大质量粒子倾向于衰变成更小的大质量粒子，上下夸克也是宇宙中最常见的；因此，质子和中子构成了我们所知道的大部分物质。
到1977年，物理学家在实验室里分离出了六个夸克中的五个——上下，奇怪的，魅力和底部-但直到1995年，伊利诺伊州费米实验室的研究人员才发现了最后一个夸克，顶部的夸克。寻找希格斯玻色子和后来寻找希格斯玻色子一样激烈。顶部的夸克很难产生，因为它比上面的夸克重约100万亿倍，这意味着它需要更多的能量来制造粒子加速器。
一个图表显示了夸克通常是如何适应我们对微小粒子的理解的。（udaix/Shutterstock）自然界的基本粒子
那么自然界有四种基本力：电磁力
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2024-11-15 广告
基本粒子（elementary particle）是指在目前的物理学理论框架下，不能被进一步分割或由更小结构组成的物质最小单位。换句话说，基本粒子是自然界最基本的构成块，是组成物质和相互作用的基础单元。
1. 什么是基本粒子？
不可再分：基本粒子是目前科学发现的最小的物质单位，无法被分割成更小的部分。例如，电子被认为是一个基本粒子，因为它没有已知的内部结构，也无法被再分割。
物质的构成：基本粒子是构成原子、分子、光、以及一切物质和能量的基础。所有物质的构成都可以追溯到基本粒子和它们之间的相互作用。
2. 基本粒子的分类
根据现代粒子物理的理论框架（标准模型），基本粒子可以分为以下几类：
2.1 费米子 (Fermions)
费米子是组成物质的粒子，遵循费米-狄拉克统计，具备半整数自旋。它们可以进一步分为两类：
夸克 (Quarks)：
夸克是构成质子和中子的粒子，共有6种类型，称为味：上夸克 (u)、下夸克 (d)、奇夸克 (s)、粲夸克 (c)、底夸克 (b)、顶夸克 (t)。
夸克之间通过强相互作用结合，形成复合粒子，如质子和中子（统称为强子）。
轻子 (Leptons)：
轻子是另一类基本粒子，同样有6种类型，其中最常见的是电子。轻子包括：电子 (e)、电子中微子 (νe)、μ子 (μ)、μ中微子 (νμ)、τ子 (τ)、τ中微子 (ντ)。
电子和中微子是轻子家族的成员。中微子具有极小的质量且几乎不与其他物质发生相互作用。
2.2 玻色子 (Bosons)
玻色子是相互作用的媒介粒子，遵循玻色-爱因斯坦统计，具备整数自旋。它们负责传递自然界的基本力：
规范玻色子 (Gauge Bosons)：
光子 (Photon)：负责传递电磁力，与带电粒子相互作用。
胶子 (Gluon)：负责传递强相互作用，作用于夸克之间，使得夸克结合成质子和中子。
W 和 Z 玻色子：负责传递弱相互作用，参与放射性衰变等现象。
希格斯玻色子 (Higgs Boson)：
希格斯玻色子是通过希格斯机制赋予其他基本粒子质量的粒子。它的存在于2012年被实验发现，是标准模型中的一个重要组成部分。
3. 基本粒子与标准模型
标准模型 (Standard Model) 是目前描述基本粒子及其相互作用的理论框架。标准模型成功描述了电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用及相关的基本粒子，是当今粒子物理学中最重要的理论之一。
标准模型包括费米子（物质粒子）和玻色子（相互作用粒子）。
然而，标准模型并没有描述引力，而引力是自然界中的第四种基本力。此外，标准模型也无法解释暗物质和暗能量的存在。
4. 基本粒子的相互作用
基本粒子通过基本相互作用彼此之间发生作用，标准模型描述了三种基本相互作用：
强相互作用：由胶子传递，作用在夸克之间，是使质子和中子结合在一起的力。
电磁相互作用：由光子传递，作用在所有带电粒子之间，例如电子与原子核之间的电磁作用。
弱相互作用：由 W 和 Z 玻色子传递，作用在轻子和夸克之间，参与核反应和放射性衰变。
5. 基本粒子的重要性
基本粒子是构建物质和宇宙的基础，它们的相互作用决定了宇宙的结构和演化。例如：
原子由质子、中子和电子组成，其中质子和中子是由夸克构成的，而电子则是一种轻子。
这些基本粒子之间的相互作用构成了物质的基本结构，使得原子结合形成分子，从而形成我们生活中所见的各种物体。
总结
基本粒子是自然界最基本、不可再分的构成单位。目前的标准模型认为基本粒子包括费米子（如夸克和轻子）和玻色子（如光子、胶子和希格斯粒子），它们共同构成了物质和相互作用的基础。通过基本粒子及其相互作用，物质和宇宙的结构得以形成与演化。
这些粒子及它们之间的相互作用构成了我们对宇宙的最基本理解，而现代物理学仍在不断地探索标准模型之外的可能性，例如引力的量子化、暗物质和暗能量的本质等，以求对宇宙有更全面的认识。
