粒子物理基礎(chǔ)

基本的,不可分割的粒子的概念可以追溯到古希臘人(一個被稱為"原子論")的概念。在20世紀,物理學家開始以最小的物質(zhì)水平探索前進,他們最令人吃驚的現(xiàn)代發(fā)現(xiàn)之一是宇宙中不同粒子的數(shù)量。量子物理學預測了18種基本粒子,其中16種已經(jīng)通過實驗檢測到?;玖W游锢韺W旨在找到剩余的粒子。

標準模型

粒子物理學的標準模型將基本粒子分為幾組,是現(xiàn)代物理學的核心。在這個模型中,描述了物理的四個基本力中的三個,以及介導這些力的粒子的規(guī)格凸起。雖然重力在技術(shù)上包含在標準模型中,但理論物理學家正在努力擴展模型以包括和預測重力量子理論。

如果粒子物理學家似乎喜歡的一件事,那么將粒子分成幾組?;绢w粒是物質(zhì)和能量的最小組成部分。據(jù)科學家所知,他們似乎是由任何較小顆粒的組合制成的。

分解物質(zhì)和力量

物理學中的所有基本粒子都被分類為費米子或凸起。量子物理學表明,粒子可能具有與其相關(guān)的固有非零"自旋"或角動量。

費米子(以Enrico Fermi命名)是具有半整數(shù)自旋的粒子,而boson(以Satyendra Nath Bose命名)是具有整數(shù)或整數(shù)自旋的粒子。這些SpIN在特定情況下產(chǎn)生不同的數(shù)學應(yīng)用。添加整數(shù)和半整數(shù)的簡單數(shù)學顯示如下:

    結(jié)合odd費米子的數(shù)量導致費米子,因為總自旋仍然是半整數(shù)值。
  • 將偶數(shù)個費米子組合在一起會產(chǎn)生一個波森,因為總自旋會產(chǎn)生一個整數(shù)值。

Fermions

費米子的粒子自旋等于半整數(shù)值(-1/2,1/2,3/2等)指數(shù)衰減。這些粒子構(gòu)成了我們在宇宙中觀察到的物質(zhì)。物質(zhì)的兩個基本組成部分是QUARK和leptons。這兩個亞原子粒子都是費米子,所以所有的中子都是由這些粒子的均勻組合產(chǎn)生的。

夸克是構(gòu)成強子的一類費米子,如質(zhì)子和中子。QUARK是通過所有四種基本物理力相互作用的基本粒子:重力,電磁學,弱相互作用和強相互作用。QUARK總是組合存在以形成稱為強子的亞原子粒子。有六種不同類型的quark:

  • 底部Quark
  • 奇怪Quark
  • 向下Quark
  • 頂部Quark
  • Charm Quark
  • 向上Quark

Leptons是一種不經(jīng)歷強烈相互作用的基本粒子。有六種瘦素品種:

  • Electron
  • Electron Neutrino
  • Muon
  • Muon Neutrino
  • Tau
  • Tau Neutrino

瘦素(電子,muon和tau)的三種"風味"瘦素(電子,muon和tau)中的每一種均由"弱雙峰,"上述粒子以及稱為中性蛋白的幾乎無質(zhì)量的中性粒子組成。因此,電子瘦素是電子和電子中性的弱雙峰。

Bosons

Bosons的粒子自旋等于一個整數(shù)(整數(shù)如1,2,3等)。這些粒子在量子場理論中介導物理的基本力量。

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  • W Boson
  • Z Boson
  • Gluon
  • Higgs-Boson
  • Graviton

復合顆粒

Hadrons是由多個綁定在一起的夸克組成的粒子,使得它們的自旋是半整數(shù)值。Hadrons分為mesons(它們是boson)和baryons(它們是fermions)。

  • Mesons
  • Baryons
  • Nucleons
  • Hyperons:由奇怪的夸克組成的短壽命粒子

分子是由鍵合在一起的多個原子組成的復雜結(jié)構(gòu)。物質(zhì),原子的基本化學結(jié)構(gòu)單元由電子,質(zhì)子和中子組成。質(zhì)子和中子是核子,核子的類型一起形成作為原子核的復合粒子。研究原子如何結(jié)合在一起形成各種分子結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代化學的基礎(chǔ)。

粒子分類

在粒子物理學中很難保持所有的名字都是直截了當?shù)?,所以考慮動物世界可能會有所幫助,因為這樣的結(jié)構(gòu)化命名可能更熟悉和直觀。人類是靈長類動物,哺乳動物以及脊椎動物。類似地python,質(zhì)子是核子,條形碼,強子以及費米子。

不幸的是,這些術(shù)語往往聽起來相似。例如,混淆bosons和baryons比混淆靈長類動物和無脊椎動物要容易得多。真正將這些不同粒子組分開的**方法是仔細研究它們,并盡量小心使用哪種名稱。

由Anne-Marie Helmenstine博士編輯。

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