既然是量子力学科普书籍,自然离不开谈粒子。那么目前我们发现了多少种粒子?都是那些?它们各自的特性是什么?一起来看看吧。
我们现在所学习的量子力学体系叫标准模型。标准模型(英语:Standard Model, SM)是一套描述强力、弱力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子的理论。到目前为止,几乎所有对以上三种力的实验的结果都合乎这套理论的预测。但是标准模型还不是一套万有理论,主要是因为它并没有描述到引力,这个我在《变化》一书中就分析过原因,在这里就不说了。
我们说本章要介绍粒子世界,主要是介绍基本粒子。不包含分子,原子这些内容。
在标准模型理论里共61种基本粒子(见表)包含费米子及玻色子。费米子为拥有半奇数的自旋并遵守泡利不相容原理(这原理指出没有相同的费米子能占有同样的量子态)的粒子;玻色子则拥有整数自旋而并不遵守泡利不相容原理。简单来说,费米子就是组成物质的粒子而玻色子则负责传递各种作用力。
我们就根据上图所示的内容,一 一为大家介绍。首先是夸克。
上面说了根据特性分为三代。如下图。
夸克(英语:quark)是一种基本粒子,也是构成物质的基本单元。夸克互相结合,形成一种复合粒子,叫强子,强子中最稳定的是质子和中子,它们是构成原子核的单元。
由于一种叫“夸克禁闭”的现象,夸克不能够直接被观测到,或是被分离出来;只能够在强子里面找到夸克。因为这个原因,人类对夸克的所知大都是来自对强子的观测。
所有的中子都是由三个夸克组成的,反中子则是由三个相应的反夸克组成的,比如质子,中子。质子由两个上夸克和一个下夸克组成,中子是由两个下夸克和一个上夸克组成。
夸克有六种“味”,分别是上、下、粲、奇、底及顶。上及下夸克的质量是所有夸克中最低的。较重的夸克会通过一个叫粒子衰变的过程,来迅速地变成上或下夸克。粒子衰变是一个从高质量态变成低质量态的过程。就是因为这个原因,上及下夸克一般来说很稳定,所以它们在宇宙中很常见,而奇、粲、顶及底则只能经由高能粒子的碰撞产生(例如宇宙射线及粒子加速器)。
夸克有着多种不同的内在特性,包括电荷、色荷、自旋及质量等。在标准模型中,夸克是唯一一种能经受全部四种基本相互作用的基本粒子,基本相互作用有时会被称为“基本力”(电磁、重力、强相互作用及弱相互作用)。
夸克同时是现时已知唯一一种基本电荷非整数的粒子。通过上面的图,就可以看出这点。
夸克每一种味都有一种对应的反粒子,叫反夸克,在对应的夸克符号上加一横作为标记,例如u代表反上夸克。跟一般反物质一样,反夸克跟对应的夸克有着相同的质量、平均寿命及自旋,但两者的电荷及其他荷的正负则相反。
夸克模型分别由默里·盖尔曼与乔治·茨威格于1964年独立地提出。引入夸克这一概念,是为了能更好地整理各种强子,而当时并没有什么能证实夸克存在的物理证据,直到1968年SLAC开发出深度非弹性散射(英语:Deep inelastic scattering)实验为止。
夸克的六种味已经全部被加速器实验所观测到;而于1995年在费米实验室被观测到的顶夸克,是最后发现的一种。
夸克的自旋为1⁄2,因此根据自旋统计定理,它们是费米子。它们遵守泡利不相容原理,即两个相同的费米子,不能同时拥有相同的量子态。这点跟玻色子相反(拥有整数自旋的粒子),在相同的量子态上,相同的玻色子没有数量限制。
跟轻子不同的是,夸克拥有色荷,因此它们会参与强相互作用。因为这种夸克间吸引力的关系,而形成的复合粒子,叫做“强子”。
在强子中决定量子数的夸克叫“价夸克”;除了这些夸克,任何强子都可以含有无限量的虚(或“海”)夸克、反夸克,及不影响其量子数的胶子。
强子分两种:带三个价夸克的重子,及带一个价夸克和一个反价夸克的介子。最常见的重子是质子和中子,它们是构成原子核的基础材料。我们已经知道有很多不同的强子。它们的不同点在于其所含的夸克,及这些内含物所赋予的性质。
电子属于轻子
质子,中子,内部有夸克组成
夸克quark是一种基本粒子,也是构成物质的基本单元。夸克互相结合,形成一种复合粒子,叫强子,强子中最稳定的是质子和中子
比如中子,有2个上夸克,1个下夸克组成
夸克(Quark)之间传递强相互作用的粒子叫胶子,胶是胶水的胶。
胶子有颜色,两颗夸克交换胶子时,他们的颜色也会同时改变。
摘自独立学者灵遁者科普书籍《见微知著》
联系客服