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要理解粒子物理标准模型,这样解释更容易

那么我们在这里有什么?总共17个粒子,让我们来解释它们是什么以及如何对它们进行分类。我们将从玻色子开始,右边的4个红色方格。这些粒子是3种基本相互作用的介质,电磁,强相互作用和弱相互作用。玻色子自旋为1。自旋质量和电荷是所有粒子具有的特性,数值写在每个方块的左侧。首先我们有胶子,它是强相互作用的中介,它仅与夸克相互作用,胶子的质量为0。接下来我们有光子,它是电磁相互作用的中介。它与任何具有非零电荷的粒子相互作用。 您可以在每个方块的第二行中看到每个粒子的电荷。剩下的两个玻色子是Z和 W 。

粒子物理标准模型

请注意,粒子与另一个粒子相互作用的唯一方法是交换玻色子。这就是为什么知道每个玻色子与之相互作用的粒子很重要的原因。比如,如果一个电子想要与上夸克相互作用,他们可以使用光子,Z或W,因为这些粒子与两者相互作用,但它不能使用胶子,因为胶子不与电子相互作用。图片来源:Eugene Khutoryansky。

通过光子相互作用的两个电荷

接下来是费米子。他们自旋都是1/2。这些包括夸克和轻子。每种类型的费米子都有3代。从左到右第一代是正常的事物,更高的世代只是第一代更大规模的版本,并且所有更高代的轻子在很短的时间内衰退为第一代(中微子除外)。夸克有两种类型称为上和下。上夸克是第一排,包括u/c/t,下夸克是第二排,包括d/s/b。,粲(灿音)和顶与奇和底只是上下夸克的更大质量版本。它们具有完全相同的电荷自旋和相同的与玻色子的相互作用。图片来源:Eugene Khutoryansky。

夸克

轻子也有两种类型,所谓的“向上型轻子”排在第三排,它们包括电子e μ子τ子 像往常一样,μ子τ子只是电子的更大质量版本。“向下型轻子”是中微子,在第四排。 每种上型轻子都对应一种中微子,电子中微子,μ子中微子和τ子中微子。与其他粒子不同,我们并不真正知道中微子的质量。我们只知道它不是零,它非常小。我们也知道,与所有其他轻子一样,较高世代比较低世代更大。图片来源于网络。

电子轨道分布

费米子也有一种称为手性的属性。标准模型中的所有费米子都有左手和右手版本,除了中微子,它们可能只有左手手性(我们仍然不确定)。相反手性的费米子表现不同,特别是 W 玻色子只与左手费米子相互作用。

希格斯玻色子,最右边的一个,它实际上与所有具有质量的粒子相互作用,它是自旋为0的唯一已知粒子,因此它具有自己的类别。图片来源:quantumtocosmos。

模拟产生希格斯玻色子的粒子碰撞

如果您对哪些玻色子与哪些粒子相互作用感到困惑,下图显示了所有可能的相互作用。请注意,除光子外,所有玻色子都可以与它们自身相互作用。顶点(深椭圆)表示粒子的类型,边(蓝弧)表示它们之间的相互作用。多代粒子(轻子,夸克)共有一个椭圆形。连接到框的弧相当于连接到框中每个椭圆的弧,轻子和夸克是物质粒子; 光子,W / Z,胶子是力中介粒子; 希格斯玻色子放在中部。图片来源: Eric Drexler。

粒子间的相互作用

反粒子,你可能想知道这个表中反粒子的位置。反粒子就是质量自旋相同,电荷相反。由于它们的属性是相同的并且电荷只是一个减号,因此根本不需要单独的表。例如,电子具有称为正电子的反粒子,它们的区别是它的电荷是+1而不是-1 。上夸克有电荷+2/3 和颜色电荷+1红色绿色或蓝色。 它的反粒子具有电荷-2/3和颜色电荷-1红色绿色或蓝色。光子是它自己的反粒子,因为它没有电荷或彩色电荷。中微子可能是他们自己的反粒子,也可能不是,它实际上仍然是一个悬而未决的问题,我们仍然对中微子了解多不。

粒子与反粒子

复合粒子,这些是由两种或更多种基本颗粒组成的颗粒。最简单的复合粒子称为强子。比如重子,由三个夸克或三个反夸克组成,最重要的重子是构成原子核的质子和中子。或介子由夸克和反夸克组成。更复杂的复合粒子是原子和离子

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