尹飛飛雜談：微觀粒子的世界

1、決定粒子狀態的四個量子數

費米子：自旋為半整數的粒子，遵循泡利不相容原理。

玻色子：自旋為整數的粒子，不遵循泡利不相容原理。

泡利不相容原理：在費米子組成的系統中，不能有兩個或兩個以上的粒子處於完全相同的狀態。

（所謂完全相同狀態，就是兩個粒子四個量子數都相同。）

決定粒子狀態的四個量子數分別是：主量子數n、角量子數l、磁量子數m、自旋量子數ms。

下面以原子的核外電子（典型的一種費米子）為例具體介紹這四個量子數：

主量子數可以表示電子所在的能層，當n=1,2,3,4,5,6時，分別對應K、L、M、N、O、P能層。

角量子數可以表示電子所在的亞層，當l=0,1,2,3,4時，分別對應s、p、d、f、g亞層。

磁量子數可以表示亞層軌道的方向，當l確定時，-l

自旋量子數可以表示指明自旋方向，分別用向上或向下的箭頭表示其順時針和逆時針方向（實質是順著磁場方向和逆著磁場方向），取值為+1/2或-1/2（這裡指的是電子的取值）。

再具體一點，以氫原子的核外電子為例。

氫原子有兩個核外電子，主量子數都等於1，電子所在能層為K，角量子數都等於，電子所在亞層為s。因此其電子排布式可以寫成1s2（表明其在K能層的s亞層有兩個電子，前面的數字1其實就是說明n=1，對應著K能層）。

以地球的公轉和自轉來比喻，主量子數決定的能層就好比地球公轉時所在的軌道，角量子數決定的亞層就好比地球公轉時的角速度（單位時間內地球與太陽之間的矢徑掃過的弧度），磁量子數決定的亞層軌道方向就好比地球公轉的方向，自旋量子數決定的自旋方向就好比地球自轉的方向。

（這些比喻雖不太恰當，卻可以幫助理解！！）

2、自然界中的四大基本相互作用

萬有引力：時空曲率決定（由於引力子還只是一種假想中的粒子，所以我採用了廣義相對論中的觀點）。

電磁力：光子傳遞。

強核力：膠子傳遞（膠子有8種，因為有8種色荷組合）。

弱核力：W及Z玻色子傳遞。

引力子：被定義為一個自旋為2、靜止質量為的玻色子。

光子：自旋為1、靜止質量為的玻色子。

膠子：自旋為1、靜止質量為、具有色荷的玻色子。

W玻色子：分W+和W-兩種，W是weak（弱）的首字母。靜止質量80.4GeV，電荷為+1或-1，自旋為1。

Z玻色子：只有Z0一種，它是電中性的。靜止質量91.2GeV，電荷為，自旋為1。

（W及Z玻色子的質量差不多是質子的一百倍，比鐵原子還要重！）

3、標準模型：基本粒子有61種

希格斯玻色子：1種（自旋為，電荷為，質量大約是質子的0.686億倍）

W玻色子：2種

Z玻色子：1種

光子：1種

膠子：8種

輕子：12種（電子e-、電中微子Ve-、μ、Vμ、τ、Vτ及它們的反粒子）

夸克：36種（上下底頂奇粲6味*紅藍綠3色*正反2種=36）

（引力子1種不算在其中，如果被驗證，則是62種。）

4、由基本粒子組成的亞原子粒子

強子：所有受到強相互作用影響的亞原子粒子被稱為強子，包括重子和介子。

重子：由三個夸克組成的複合粒子，常見的有質子和中子，其他還有Λ、Σ、Ω、Ξ等粒子（質量超過質子和中子，故又稱超子）。

介子：自旋數為整數、重子數為零的強子，有π、η、κ、π+、η+、κ+、π-、η-、κ-等。

中子：兩個下夸克（電荷-1/3e）和一個上夸克（電荷+2/3e）組成。一個下夸克可以衰變成一個較輕的上夸克，釋放一個W玻色子。同時該中子衰變成質子，釋放出一個電子和一個反電子中微子。

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