根据粒子物理学的标准模型,基本粒子是构成物质的最基本单元,可分为费米子(构成物质)和玻色子(传递相互作用)两大类。以下是 17 种基本粒子的分类及简介:
一、费米子(物质粒子)
费米子是构成物质实体的基本粒子,自旋为半整数,遵循泡利不相容原理,共 12 种。
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夸克(6 种)
- 上夸克(u):电荷 +2/3,质量最轻,构成质子和中子。
- 下夸克(d):电荷 -1/3,与上夸克共同组成原子核。
- 粲夸克(c):电荷 +2/3,质量约 1.27 GeV,存在于高能粒子碰撞中。
- 奇夸克(s):电荷 -1/3,参与形成 K 介子等。
- 顶夸克(t):电荷 +2/3,质量最大(约 172 GeV),寿命极短。
- 底夸克(b):电荷 -1/3,质量约 4.2 GeV,常见于 B 介子。
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轻子(6 种)
- 电子(e⁻):电荷 -1,参与化学反应与电流传导。
- μ 子:电荷 -1,质量约为电子的 207 倍,不稳定。
- τ 子:电荷 -1,最重的轻子(质量约 1.78 GeV),迅速衰变。
- 电子中微子(νₑ)、μ 子中微子(νμ)、τ 子中微子(ντ):电中性,质量近乎为零,几乎不与物质作用(“幽灵粒子”)。
二、玻色子(作用力粒子)
玻色子传递基本相互作用,自旋为整数,共 5 种(胶子虽为 8 种但归为 1 类):
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规范玻色子(传递基本力)
- 光子(γ):传递电磁力,无质量,电荷为零,形成光与电磁波。
- 胶子(g):传递强力,无质量,通过“色荷”束缚夸克(共 8 种,但作为一类)。
- W⁺/W⁻ 玻色子:传递弱力,质量约 80.4 GeV,导致原子衰变。
- Z⁰ 玻色子:传递弱力,质量约 91.2 GeV,电中性。
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希格斯玻色子(H⁰)
- 通过希格斯场赋予其他粒子质量,自旋为 0,质量约 125 GeV/c²(2012 年由 LHC 发现)。
三、总结:17 种基本粒子列表
| 类别 | 粒子 | 数量 | 作用 |
|---|---|---|---|
| 夸克 | u, d, c, s, t, b | 6 | 构成质子、中子等强子 |
| 轻子 | e⁻, μ⁻, τ⁻, νₑ, νμ, ντ | 6 | 电子参与化学,中微子穿透性强 |
| 规范玻色子 | γ, g, W⁺, W⁻, Z⁰ | 5 | 传递电磁、强、弱力 |
| 希格斯粒子 | H⁰ | 1 | 赋予其他粒子质量 |
注:
- 标准模型中,胶子实际有 8 种(对应强力的“色荷”组合),但通常归为 1 类。
- 引力子(传递引力)尚未被实验证实,未计入标准模型。
- 反粒子(如正电子)未单独列出,因它们与对应粒子质量相同、电荷相反。
四、超出标准模型的候选粒子
尽管标准模型已解释绝大多数现象,但以下粒子可能存在于更深层理论中:
- 暗物质粒子(如轴子、WIMP):占宇宙物质的 27%,尚未直接探测。
- 超对称粒子:理论预言每个标准模型粒子存在一个超对称伙伴(如“超电子”)。
- 引力子:量子引力理论中的假设粒子。
未来实验(如更高能对撞机、中微子观测)或将揭示新物理规律。