基本粒子有哪几种?

粒子物理学中，基本粒子（英语：elementary particle）是组成物质最基本的单位。目前在标准模型理论的架构下，已知的基本粒子可以分为费米子（包含夸克和轻子）以及玻色子（包含规范玻色子和希格斯粒子,也称传播子）。由两个或更多基本粒子所组成的则称作复合粒子(如中子、质子、和介子)。

我们日常生活中的物质由原子所组成。过去原子被认为是基本粒子，原子这个词来自古希腊语中“不可切分的”。之后，原子核被发现是由质子和中子所构成。20世纪前、中期的基本粒子是指质子、中子、电子、光子和各种介子，这是当时人类所能探测的最小粒子。随著实验和量子场论的进展，发现质子、中子、介子是由更基本的夸克和胶子所组成。同时人类也陆续发现了性质和电子类似的一系列轻子，还有性质和光子、胶子类似的一系列规范玻色子。这些都是现代的物理学所理解的基本粒子。

基本粒子(次原子粒子),分类如下:

费米子

基本费米子分为 2 类：夸克和轻子。

夸克

目前的实验显示共存在6种夸克，和他们各自的反粒子。这6种夸克又可分为3“代”。他们是

第一代：u（上夸克） d（下夸克）

第二代：s（奇异夸克） c（粲夸克）

第三代：b（底夸克） t（顶夸克）

它们的质量关系(见上图)。另外值得指出的是，他们之所以未能被早期的科学家发现，原因是夸克决不会单独存在（顶夸克例外，但是顶夸克太重了而衰变又太快，早期的实验无法制造）。他们总是成对地构成介子(见下图)，或者3个一起构成质子和中子这一类的重子(见下图)。这种现象称为夸克禁闭理论。这就是为什么早期科学家误以为介子和重子是基本粒子。

轻子

共存在6种轻子和他们各自的反粒子。其中3种是电子和与它性质相似的重电子。而这三种各有一个相伴的中微子。他们也可以分为三代：

第一代：（电子） （电中微子）

第二代：（μ子）（μ中微子）

第三代：（涛子） （τ中微子）

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玻色子

玻色子是依随玻色-爱因斯坦统计，自旋为整数的粒子。

规范玻色子

这是一类在粒子之间起媒介作用、传递相互作用的粒子。之所以它们称为“规范玻色子”，是因为它们与基本粒子的理论杨-米尔斯规范场理论有很密切的关系。

自然界一共存在四种相互作用，因此也可以把规范玻色子分成四类。

引力相互作用：引力子(尚惟理论性）

电磁相互作用：光子

弱相互作用（使粒子衰变的相互作用）：W及Z玻色子，共有3种：W+,W-,Z0

强相互作用（夸克之间的相互作用）：胶子

粒子物理学已经证明电磁相互作用和弱相互作用来源于宇宙早期能量极高时的同一种相互作用，称为“弱电相互作用”。有很多粒子物理学家猜想在更早期宇宙更高能量（普朗克尺度）时很可能这四种相互作用全都是统一的，这种理论称为"万有理论"。但是目前因为加速器能够达到的能量相对普朗克尺度仍然非常的低，所以很难验证。而大统一理论目前主要的发展方向是超弦理论。

                                                           普朗克尺度粒子

胶子

胶子是强相互作用的媒介子，带有色与反色并由于色紧闭而从未被探测器观察到过。不过，像单个的夸克一样，它们产生强子喷注。在高能态环境下电子与正电子的对灭有时产生三个喷注：一个夸克，一个反夸克和一个胶子是最先证明胶子存在的证据。

希格斯玻色子

希格斯玻色子是一种具有质量的玻色子，没有自旋，不带电荷，非常不稳定，在生成后会立刻衰变。在标准模型预言的61种基本粒子中，希格斯玻色子是最后一种被实验证实的粒子。

弱相互作用（使粒子衰变的相互作用）：W及Z玻色子，共有3种：W+,W-,Z0

强相互作用（夸克之间的相互作用）：胶子

粒子物理学已经证明电磁相互作用和弱相互作用来源于宇宙早期能量极高时的同一种相互作用，称为“弱电相互作用”。有很多粒子物理学家猜想在更早期宇宙更高能量（普朗克尺度）时很可能这四种相互作用全都是统一的，这种理论称为"万有理论"。但是目前因为加速器能够达到的能量相对普朗克尺度仍然非常的低，所以很难验证。而大统一理论目前主要的发展方向是超弦理论。

                                                           普朗克尺度粒子

胶子

胶子是强相互作用的媒介子，带有色与反色并由于色紧闭而从未被探测器观察到过。不过，像单个的夸克一样，它们产生强子喷注。在高能态环境下电子与正电子的对灭有时产生三个喷注：一个夸克，一个反夸克和一个胶子是最先证明胶子存在的证据。

希格斯玻色子

希格斯玻色子是一种具有质量的玻色子，没有自旋，不带电荷，非常不稳定，在生成后会立刻衰变。在标准模型预言的61种基本粒子中，希格斯玻色子是最后一种被实验证实的粒子。

图中＋－号代表不可分割的最小正负电磁信息单位-量子比特（qubit）

（名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源图于比特 It from bit

量子信息研究兴盛后,此概念升华为，万物源于量子比特）

注：位元即比特

宇宙中到底有多少粒子?

实际上,这个问题不可能有肯定的答案,这首先是因为

没有人能确切地知道宇宙有多大。但是,我们可以作一些假

设。

有人曾作过一个估计,认为在我们这个宇宙中大约有

100,000,000,000(亦即1011)个星系。

这些星系,平均来说,每一个的质量都比太阳的质量大10

0,000,000,000(亦即1011)倍。

这就等于说,宇宙间物质总量等于太阳质量的1011×

1011(亦即1022)倍。换句话说,宇宙间的全部物质足

够形成10,000,000,000,000,000,

000,000(亦即1022)个太阳。

太阳的质量是2×1033克。这就等于说,宇宙间的

全部物质的质量是1022×2×1033(或者说2×1055)

克。这个数字可以写为20,000,000,000,0

00,000,000,000,000,000,000,

000,000,000,000,000,000,00

0,000克。

现在让我们再从另一个方面来看一看。宇宙的质量几乎

完全集中在它所含有的核子中(核子是组成原子核的主要粒

子)。核子是很小很小的东西,需要有6×1023个核子才

能构成一克物质。

既然需要有6×1023个核子才能构成一克物质,既然

宇宙中含有2×1055克物质,那么宇宙间总共就应该有6

×1023×2×1055(或者说12×1078个核子。为方

便起见,可以把这个数字写为1.2×1079。

天文学家认为,宇宙间有90%的原子是氢,9%的原

子是氦,其余1%则是各种更为复杂的元素。就是说,在含

有100个原子的一个典型样本中应当含有90个氢原子,

9个氦原子和1个别的原子(比方说一个氧原子)。我们知

道,每个氢原子的原子核有一个核子,即质子。每个氦原子

核含有4个核子,即2个质子和2个中子。每个氧原子核含

有16个核子,即8个质子和8个中子。

因此,这100个原子总共应当含有142个核子,亦

即116个质子和26个中子。

这两类核子有一个区别。中子不带电荷,因此不必去考

虑同它相伴随的粒子(电子)。质子带正电荷,因此,既然

整个宇宙被认为是电中性的,所以只要有一个质子存在,就

应该有一个电子(带有一个负电荷)和它同时存在。

这样,每有142个核子,就应该有116个电子(以

便和116个质子相平衡)。为了保持这一比例,宇宙间的

1.2×1079个核子就应该伴随有1×1079个电子。把

这些核子和电子加在一起,我们就得出宇宙间全部物质所含

粒子总数应为2.2×1079。我们可以把这个数字写为

22,000,000,000,000,000,000,

000,000,000,000,000,000,000,

000,000,000,000,000,000,000,

000,000,000,000,000,000。

如果宇宙是由一半物质和一半反物质组成,那么,这些

粒子中就应当有一半是反核子和正电子。但是,这并不影响

总数。

宇宙间大量存在的另一些粒子是光子、中微子,也许有

引力子,但它们都是没有质量的粒子,所以没有把它们计算

在内。因此,总的说来,我们这个宇宙共有22×1078个

粒子。它们构成了一个相当大的宇宙。

基本粒子物理学所研究的基本粒子，所谓基本粒子就是构成物质的最基本的单元。根据作用力的不同，粒子分为强子、轻子和传播子三大类。强子就是是所有参与强力作用的粒子的总称。它们由夸克组成，已发现的夸克有五种，它们是：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克和底夸克。理论预言还有第六种夸克存在，已命名为顶夸克，但目前尚未发现。现有粒子中绝大部分是强子，质子、中子、π介子等都属于强子。轻子就是只参与弱力、电磁力和引力作用，而不参与强相互作用的粒子的总称。轻子共有六种，包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子。电子、μ子和τ子是带电的，所有的中微子都不带电；τ子是1975年发现的重要粒子，不参与强作用，属于轻子，但是它的质量很重，是电子的3600倍，质子的1.8倍，因此又叫重轻子。传播子也属于基本粒子。传递强作用的胶子共有8种，1979年在三喷注现象中被间接发现，它们可以组成胶子球，但至今尚未被直接观测到。传递弱作用的W+，W-和Z0。中间玻色子是1983年发现的，非常重，是质子的80一90倍。

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