當前位置:
首頁 > 教育 > 它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

我們在高中課本中知道 分子是物質中能夠獨立存在的相對穩定並保持該物質物理化學特性的最小單元。

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

同一個分子三種不同模型

分子可以分成原子,原子構成一般物質的最小單位,稱為元素 。

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

氦原子結構示意圖

雖然原子在化學上無法再繼續分下去,但是在物理上可以繼續分割。

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

粒子的組成

基本粒子分成了四大類:夸克,輕子,規範玻色子,標量玻色子,這些分類粒子的數量總計有62種。

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

粒子物理標準模型

夸克:夸克(英語:quark)是一種參與強相互作用的基本粒子,也是構成物質的基本單元。

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

由二個上夸克及一個下夸克所構成的質子

夸克互相結合,形成一種複合粒子,叫強子。強子中最穩定的是質子和中子,它們是構成原子核的單元。

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

不論種類,強子的總色荷為零

由於一種叫「夸克禁閉」的現象,夸克不能夠直接被觀測到,或是被分離出來,只能夠在強子裡面找到。基於這個原因,我們對夸克的所知大都是間接的來自對強子的觀測。

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

六種夸克間弱相互作用的強度。線的「深淺」由CKM矩陣的元決定

下表總結了六種夸克的關鍵性質。每種夸克味都有自己的一組味量子數(同位旋(I3)、粲數(C)、奇異數(S)、頂數(T)及底數(B′)),它們代表著夸克系統及強子的一些特性。因為重子由三個夸克組成,所以所有夸克的重子數(B)均為+1?3。反夸克的話,電荷(Q)及其他味量子數(BI3CSTB′)都跟夸克的差一個正負號。質量和總角動量(J;相等於點粒子的自旋)不會因為反粒子而變號。

夸克按其特性分為三代,如下表所示:

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

夸克味的性質

夸克36種粒子

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

夸克36種粒子

輕子:是一種不參與強相互作用、自旋為1/2的基本粒子。

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

β衰變會發射出兩種輕子:e?與νe

電子是最為人知的一種輕子;大部分化學領域都會涉及到與電子的相互作用,原子不能沒有它,所有化學性質都直接與它有關。輕子又分為兩類:「帶電輕子」與「中性輕子」。

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

右手螺旋性(同向)與左手螺旋性(反向)

帶電輕子包括電子、μ子、τ子,可以與其它粒子組合成複合粒子,例如原子、電子偶素等等。 在所有帶電輕子中,電子的質量最輕,也是宇宙中最穩定、最常見的輕子;質量較重的μ子與τ子會很快地衰變成電子,μ子與τ子必須經過高能量碰撞製成,例如使用粒子加速器或在宇宙線探測實驗。中性輕子包括電中微子、μ中微子、τ中微子;它們很少與任何粒子相互作用,很難被觀測到。

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

第一代輕子的弱相互作用

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

輕子屬性列表

輕子總共有12種

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

輕子種類數量

規範玻色子是傳遞基本相互作用的媒介粒子,它們的自旋都為整數,屬於玻色子,它們在粒子物理學的標準模型內都是基本粒子。

規範玻色子包括:

膠子 - 強相互作用的媒介粒子,自旋為1,有8種

光子 - 電磁相互作用的媒介粒子,自旋為1,只有1種

W 及 Z 玻色子 - 弱相互作用的媒介粒子,自旋為1,有3種

引力子 - 引力相互作用的媒介粒子,自旋為2,只有1種

標量玻色子希格斯玻色子是標準模型里的一種基本粒子,是一種玻色子,自旋為零,宇稱為正值,不帶電荷、色荷,極不穩定,生成後會立刻衰變。希格斯玻色子是希格斯場的量子激發。根據希格斯機制,基本粒子因與希格斯場耦合而獲得質量。假若希格斯玻色子被證實存在,則希格斯場應該也存在,而希格斯機制也可被確認為基本無誤。

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

基本粒子間相互作用關係

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

希子生成的費曼圖

在緊湊μ子線圈探測器里,從質心能量為8 TeV的質子-質子碰撞事件記錄數據製作出的三維繪景圖

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

在超環面儀器里,4-μ子候選事件示意圖。

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

玻色子種類14種

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

目前已知組成物質基本粒子是64種,形成了宇宙萬物,但是最新的理論研究猜想: 最基本單位是一小段「能量弦線」,大至星際 銀河 ,小至電子, 質子 , 夸克 一類的基本粒子都是由這佔有 二維時空 的「能量線」所組成。我們所處的宇宙空間可能是9+1維時空中的D3膜。

它們是上帝創造你和我的材料也是形成宇宙萬物的六十二種基本粒子

D3膜

弦論是現在最有希望將自然界的基本粒子和四種相互作用力統一起來的理論。但是目前只是理論想像階段,並沒有得到實驗上的任何證實結果,一旦這個理論是正確的,那麼超弦理論就是宇宙大一統定理。

喜歡這篇文章嗎?立刻分享出去讓更多人知道吧!

本站內容充實豐富,博大精深,小編精選每日熱門資訊,隨時更新,點擊「搶先收到最新資訊」瀏覽吧!

TAG: |