基本粒子的定义与分类

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（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）。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：（μ子）、（μ中微子）

第三代：（τ子）（τ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1964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？“意义堪比发现新大陆，堪比登月”，科学界相信它的存在并认为发现它只是时间问题。

昨日，澳大利亚阿德莱德大学物理学家安东尼·托马斯说：“在过去40多年里，人们一直在寻找希格斯玻色子。如果不是它，全世界所有理论学家都得绝望地退回到原点。”