1、（物理學(xué)名詞）編輯基本粒子是一種術(shù)語，指人們認(rèn)知的構(gòu)成物質(zhì)的最小或/及最基本的單位。即：在不改變物質(zhì)屬性的前提下的最小體積物質(zhì)。它是組成各種各樣物體的基礎(chǔ)，且并不會因?yàn)樾《鴶喽ㄋ皇悄撤N物質(zhì)。但在夸克理論提出后，人們認(rèn)識到基本粒子也有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，故一般不提“基本粒子”這一說法。根據(jù)作用力的不同，粒子分為強(qiáng)子、輕子和傳播子三大類。基本粒子同樣是一門交叉語言哲學(xué)的學(xué)科。有著多學(xué)科的科學(xué)應(yīng)用。現(xiàn)在科學(xué)家利用粒子加速器加速一些粒子，有時(shí)候用粒子相撞的方法，來研究基本粒子的性質(zhì)和組成。中文名基本粒子外文名elementaryparticle定義不變物質(zhì)屬性前提最小體積物質(zhì)本質(zhì)組成各種各樣物體的基礎(chǔ)研究方

2、式用粒子加速器加速一些粒子種類強(qiáng)子、輕子和傳播子目錄1特征2.大小3.質(zhì)量4.壽命5.對稱性6.自旋7.守恒1.雙重屬性2.分族特性3.結(jié)構(gòu)2粒子種類5.6.-模型理論4粒子發(fā)現(xiàn)表7.第一代1.第二代2.3.第三代5發(fā)展歷程5.強(qiáng)子6.輕子7.傳播子1.費(fèi)米子2.玻色子3.3理論4.基本粒子理論第一階段第二階段6.第三階段特征編輯大小基本粒子要比原子、分子小得多，現(xiàn)有最高倍的電子顯微鏡也不能觀察到。質(zhì)子、中子的大小，只有原子的十萬分之一。而輕子和夸克的尺寸更小,還不到質(zhì)子、中子的萬分之一。質(zhì)量粒子的質(zhì)量是粒子的另外一個(gè)主要特征量。按照粒子物理的規(guī)范理論，所有規(guī)范粒子的質(zhì)量為零。而規(guī)范不變性以某

3、種方式被破壞了，使夸克、帶電輕子、中間玻色子獲得質(zhì)量。現(xiàn)有的粒子質(zhì)量范圍很大。光子、膠子是無質(zhì)量的，電子質(zhì)量很小，n介子質(zhì)量為電子質(zhì)量的280倍；質(zhì)子、中子都很重，接近電子質(zhì)量的2000倍，已知最重的粒子是頂夸克。己發(fā)現(xiàn)的六種夸克，從下夸克到頂夸克，質(zhì)量從輕到重。中微子的質(zhì)量非常小，己測得的電子中微子的質(zhì)量為電子質(zhì)量的七萬分之一，已非常接近零。壽命粒子的壽命是粒子的第三個(gè)主要特征量。電子、質(zhì)子、中微子是穩(wěn)定的,稱為長壽命粒子；而其他絕大多數(shù)的粒子是不穩(wěn)定的，即可以衰變。一個(gè)自由的中子會衰變成一個(gè)質(zhì)子、一個(gè)電子和一個(gè)中微子；一個(gè)n介子衰變成一個(gè)p子和一個(gè)中微子。粒子的壽命以強(qiáng)度衰減到一半的時(shí)間來

4、定義。質(zhì)子是最穩(wěn)定的粒子，實(shí)驗(yàn)已測得的質(zhì)子壽命大于10的33次方年。對稱性粒子與粒子之間具有對稱性。有一種粒子，必存在一種反粒子。1932年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)與電子質(zhì)量相同但帶一個(gè)正電荷的粒子，稱為正電子；后來又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)帶負(fù)電、質(zhì)量與質(zhì)子完全相同的粒子，稱為反質(zhì)子；隨后各種反夸克和反輕子也相繼被發(fā)現(xiàn)。一對正、反粒子相碰可以湮滅，變成攜帶能量的光子，即粒子質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰浚环粗?，兩個(gè)高能粒子碰撞時(shí)有可能產(chǎn)生一對新的正、反粒子，即能量也可以轉(zhuǎn)變成具有質(zhì)量的粒子。自旋粒子還有另一種屬性一自旋。自旋為半整數(shù)的粒子稱為費(fèi)米子，為整數(shù)的稱為玻色子首先對基本粒子提出自轉(zhuǎn)與相應(yīng)角動量概念的是1925年由Ralp

5、hKronig、GeorgeUhlenbeck與SamuelGoudsmit三人所為。然而爾后在量子力學(xué)中，透過理論以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)基本粒子可視為是不可分割的點(diǎn)粒子，是故物體自轉(zhuǎn)無法直接套用到自旋角動量上來，因此僅能將自旋視為一種內(nèi)在性質(zhì)，為粒子與生俱來帶有的一種角動量，并且其量值是量子化的，無法被改變（但自旋角動量的指向可以透過操作來改變）。守恒物質(zhì)是不斷運(yùn)動和變化的，在變化中也有些東西不變，即守恒。粒子的產(chǎn)生和衰變過程就要遵循能量守恒定律。此外還有其他的守恒定律，例如質(zhì)量守恒、動量守恒、角動量守恒，以及微觀現(xiàn)象中不連續(xù)的宇稱守恒、電荷守恒，還有重子數(shù)守恒、輕子數(shù)守恒、奇異數(shù)守恒、同位旋守恒

6、等。雙重屬性微觀世界的粒子具有雙重屬性粒子性和波動性。描述粒子的粒子性和波動性的雙重屬性，以及粒子的產(chǎn)生和消滅過程的基本理論是量子場論。量子場論質(zhì)量共有的平均壽族電荷（Me衰變產(chǎn)反粒子命（s）V）物輕子e1062.2*10A-6evpv-eM+e0.511穩(wěn)定e+ve00穩(wěn)定vm00穩(wěn)定v-ev_mVT重子P+e938.26穩(wěn)定P-n0939.55930pev-en-入01115.62.5*10a-10pn-,nn0入-Z+e1189.48*10A-10pnO,nn+z-Z001192.5小于10A-14入，輻射z+z-e1197.31.5*10A-10nn-z+-e1321.21.7*10A

7、-10入n-三+三001314.73*10A-10入nO三0介子n+e139.62.6*10a-8M+VMn-n-e139.62.6*10M-VMn+A-8n00135.010A-6輻射nOK+e493.81.2*10a-8p+vp，n+nOK-K-e493.81.2*10a-8p-vp,n-nOK+K00497.88.6*10a-11n+n-，2n0K0（快衰變方式）5.4*10a-83n0,n+n-nO（慢衰變方式）n+pv-p，n+ev-,n-p+vp-,n-e+vK0（反粒子）0497.8衰變方式與K0相同K0n0548.83n0,nOn+n-，n+n-，輻射n和規(guī)范理論十分成功地描述

8、了粒子及其相互作用。分族特性注：表中粒子的質(zhì)量是按能量單位1MeV（兆電子伏）給出的。如果與日常單位比較1MeV相當(dāng)于以1kW功率工作1.6*10A-16s.相互作用標(biāo)準(zhǔn)模型（英文）結(jié)構(gòu)基本粒子的秘密1933年，狄拉克關(guān)于正電子存在的預(yù)言被證實(shí)，1936年安德森因此獲得諾貝爾物理學(xué)獎。1955年塞格雷和錢伯林利用高能加速器發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子，他們因此獲1959年物理獎。第二年又有人發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子。1959年王淦昌等人發(fā)現(xiàn)了反西格瑪負(fù)超子。這些都為反物質(zhì)的存在提供了證據(jù)。萊因斯等利用大型反應(yīng)堆，經(jīng)過3年的努力，終于在1956年直接探測到鈾裂變過程中所產(chǎn)生的反中微子。他因此獲1995年物理學(xué)獎。到1968

9、年，人們才探測到了來自太陽的中微子。1947年鮑威爾利用自己發(fā)明的照相乳膠技術(shù)在宇宙線中找到了1934年湯川秀樹提出的介子場理論中預(yù)言的介子。湯川秀樹獲1949年物理獎，鮑威爾獲1950年物理獎。到50年代末，基本粒子的數(shù)目已達(dá)30種。這些粒子絕大多數(shù)是從宇宙射線中發(fā)現(xiàn)的。自1951年費(fèi)米首次發(fā)現(xiàn)共振態(tài)粒子以來，至80年代已發(fā)現(xiàn)的共振態(tài)粒子達(dá)300多種。所有的基本粒子都是共振態(tài)，共振態(tài)的發(fā)現(xiàn)其實(shí)已經(jīng)揭開了基本粒子的秘密，即所有的基本粒子都是共振態(tài).共振態(tài)分二類，一類是不穩(wěn)定的，如強(qiáng)子類；另一類是穩(wěn)定的，如電子.中子等.它門不容易發(fā)生自發(fā)衰變.不存在絕對穩(wěn)定的基本粒子，如電子在一定的條件下也會埋

10、滅（與正電子相遇時(shí)）。產(chǎn)生基本粒子的外因是物質(zhì)波的交匯，交匯處形成波包.內(nèi)因是交匯處發(fā)生了共振，客觀表現(xiàn)為共振態(tài)即基本粒子的產(chǎn)生.夸克模型基本粒子如此之多，難道它們真的都是最基本、不可分的嗎?近40年來大量實(shí)驗(yàn)實(shí)事表明至少強(qiáng)子是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的。1964年蓋爾曼提出了夸克模型，認(rèn)為介子是由夸克和反夸克所組成，重子是由三個(gè)夸克組成。他因此獲1969年物理獎。1990年弗里德曼、肯德爾和泰勒因在粒子物理學(xué)夸克模型發(fā)展中的先驅(qū)性工作而獲物理獎。1965年，費(fèi)曼、施溫格、朝永振一郎因在量子電動力學(xué)重整化和計(jì)算方法的貢獻(xiàn)，對基本粒子物理學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響而獲物理獎。溫伯格和薩拉姆等以夸克模型為基礎(chǔ)，完成了描述電

11、磁相互作用和弱相互作用的弱電統(tǒng)一理論。他們因此而獲1979年物理獎。統(tǒng)一場論的發(fā)展正向著把強(qiáng)相互作用統(tǒng)一起來的大統(tǒng)一理論和把引力統(tǒng)一進(jìn)來的超統(tǒng)一理論前進(jìn)。并且這種有關(guān)小宇宙的理論與大宇宙研究的結(jié)合，正在推進(jìn)著宇宙學(xué)的進(jìn)展。基本粒子-夸克模型如今，人類為了把宇宙中的四大基本力統(tǒng)一起來，于是GabrieleVeneziano創(chuàng)造了弦論，弦論的一個(gè)基本觀點(diǎn)就是，自然界的基本單元不是電子、光子、中微子和夸克之類的粒子。這些看起來像粒子的東西實(shí)際上都是很小很小的弦的閉合圈（稱為閉合弦或閉弦），閉弦的不同振動和運(yùn)動就產(chǎn)生出各種不同的基本粒子。它已經(jīng)成為人類探尋宇宙奧秘的一個(gè)非常重要的理論粒子種類編輯強(qiáng)子強(qiáng)

12、子就是所有參與強(qiáng)力作用的粒子的總稱。它們由夸克組成，已發(fā)現(xiàn)的夸克有六種，它們是：頂夸克、上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克和底夸克。其中理論預(yù)言頂夸克的存在，2007年1月30日發(fā)現(xiàn)于美國費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有粒子中絕大部分是強(qiáng)子，質(zhì)子、中子、n介子等都屬于強(qiáng)子。另外還發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)，有著名的反夸克，現(xiàn)已被發(fā)現(xiàn)且正在研究其利用方法，由此我們推測，甚至可能存在反地球，反宇宙。奇怪的是夸克中有些竟然比質(zhì)子還重,這一問題還有待研究。輕子輕子就是只參與弱力、電磁力和引力作用，而不參與強(qiáng)相互作用的粒子的總稱。與玻色子和夸克不同。所有已知帶電輕子都可帶有一正電荷或一負(fù)電荷，視乎他們是粒子還是反粒子。所有中微子和它們的反

13、粒子都是電中性的。輕子共有六種，包括電子、電子中微子、M子、M子中微子、T子、T子中微子。電子、M子（渺子）、T子（陶子，重輕子）三種帶一個(gè)單位負(fù)電荷的粒子，分別以e-、p-、t-表示，以及它們分別對應(yīng)的電子中微子、p子中微子、t子中微子三種不帶電的中微子，分別以ve、vp、vt表示。加上以上六種粒子各自的反粒子，共計(jì)12種輕子。（所I基本粒子有的中微子都不帶電，且所有的中微子都存在反粒子）。T子是1975年發(fā)現(xiàn)的重要粒子，不參與強(qiáng)作用，屬于輕子，但是它的質(zhì)量很重，是電子的3600倍，質(zhì)子的1.8倍，因此又叫重輕子。傳播子傳播子也屬于基本粒子。傳遞強(qiáng)作用的膠子共有8種，1979年在三噴注現(xiàn)象中

14、被間接發(fā)現(xiàn)，它們可以組成膠子球，由于色禁閉現(xiàn)象，至今無法直接觀測到。光子傳遞電磁相互作用，而傳遞弱作用的W+，W-和Z0,膠子則傳遞強(qiáng)相互作用。重矢量玻色子是1983年發(fā)現(xiàn)的，非常重，是質(zhì)子的80一90倍。費(fèi)米子基本費(fèi)米子分為2類：夸克和輕子夸克實(shí)驗(yàn)顯示共存在6種夸克（quark），和他們各自的反粒子。這6種夸克又可分為3“代”。他們是第一代：u（上夸克）d（下夸克）第二代：s（奇異夸克）c（粲夸克）第三代：b（底夸克）t（頂夸克）另外值得指出的是，他們之所以未能被早期的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，原因是夸克決不會單獨(dú)存在（頂夸克例外，但是頂夸克太重了而衰變又太快，早期的實(shí)驗(yàn)無法制造）。他們總是成對的構(gòu)成介子

15、，或者3個(gè)一起構(gòu)成質(zhì)子和中子這一類的重子。這種現(xiàn)象稱為夸克禁閉理論。這就是為什么早期科學(xué)家誤以為介子和重子是基本粒子。輕子，共存在6種輕子（lepton）和他們各自的反粒子。其中3種是電子和與它性質(zhì)相似的“子和t子。而這三種各有一個(gè)相伴的中微子。他們也可以分為三代：第一代：e（電子）（電中微子）第二代：（“子）（p中微子）第三代：（t子）（t中微子）玻色子玻色子（英語：boson）是依隨玻色-愛因斯坦統(tǒng)計(jì)，自旋為整數(shù)的粒子。這是一類在粒子之間起媒介作用、傳遞相互作用的粒子。之所以它們稱為“規(guī)范玻色子”，是因?yàn)樗鼈兣c基本粒子的理論楊-米爾斯規(guī)范場理論有很密切的關(guān)系。自然界一共存在四種相互作用，因

16、此也可以把規(guī)范玻色子分成四類。引力相互作用：引力子（graviton）電磁相互作用：光子（photon）弱相互作用（使原子衰變的相互作用）：W及Z玻色子，共有3種。強(qiáng)相互作用（夸克之間的相互作用）：膠子（gluon）粒子物理學(xué)已經(jīng)證明電磁相互作用和弱相互作用來源于宇宙早期能量極高時(shí)的同一種相互作用，稱為“弱電相互作用”。有很多粒子物理學(xué)家猜想在更早期宇宙更高能量（普朗克尺度）時(shí)很可能這四種相互作用全都是統(tǒng)一的，這種理論稱為“大統(tǒng)一理論”。但是因?yàn)榧铀倨髂軌蜻_(dá)到的能量相對普朗克尺度仍然非常的低，所以很難驗(yàn)證而大統(tǒng)一理論主要的發(fā)展方向是超弦理論。膠子是強(qiáng)相互作用的媒介子，帶有色與反色并由于色緊閉而

17、從未被探測器觀察到過。不過，像單個(gè)的夸克一樣，它們產(chǎn)生強(qiáng)子噴注。在高能態(tài)環(huán)境下電子與正電子的湮沒有時(shí)產(chǎn)生三個(gè)噴注：一個(gè)夸克，一個(gè)反夸克和一個(gè)膠子是最先證明膠子存在的證據(jù)希格斯粒子。希格斯粒子（Higgs）粒子物理學(xué)家們認(rèn)為希格斯粒子與其他粒子的相互作用使其他粒子具有質(zhì)量。相互作用越強(qiáng)質(zhì)量就越大。希格斯粒子本身質(zhì)量極大，但加速器能量還無法達(dá)到，而理論的計(jì)算也比較困難。物理學(xué)家們于2012年7月發(fā)現(xiàn)了希格斯粒子。標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言存在2種希格斯粒子：H+和H0,但是也有很多科學(xué)家提出其他的可能性。62種基本粒子：一、輕子（12種）輕子主要參與弱作用，帶電輕子也參與電磁作用，不參與強(qiáng)作用。01、電子02、

18、正電子（電子的反粒子）03、p子04、反p子05、T子06、反T子07、電子中微子08、反電子中微子09、p子中微子10、反M子中微子11、t子中微子12、反T子中微子二、夸克（36種）Quark，層子、虧子（6味x3色x正反粒子=36種）13、紅上夸克14、反紅上夸克15、綠上夸克16、反綠上夸克17、藍(lán)上夸克18、反藍(lán)上夸克19、紅下夸克20、反紅下夸克21、綠下夸克22、反綠下夸克23、藍(lán)下夸克24、反藍(lán)下夸克25、紅粲夸克26、反紅粲夸克27、綠粲夸克28、反綠粲夸克29、藍(lán)粲夸克30、反藍(lán)粲夸克31、紅奇夸克32、反紅奇夸克33、綠奇夸克34、反綠奇夸克35、藍(lán)奇夸克36、反藍(lán)奇夸克

19、37、紅頂夸克38、反紅頂夸克39、綠頂夸克40、反綠頂夸克41、藍(lán)頂夸克42、反藍(lán)頂夸克43、紅底夸克44、反紅底夸克45、綠底夸克46、反綠底夸克47、藍(lán)底夸克48、反藍(lán)底夸克三、規(guī)范玻色子（規(guī)范傳播子）（14種）49、引力型-中性膠子（I型開弦）上夸克-上夸克50、引力型-中性膠子（I型開弦）反上夸克-反上夸克51、磁力型-中性膠子（I型閉弦）（反）下夸克-（反）下夸克52、磁力型-中性膠子（I型閉弦）夸克-反夸克53、陽電力型膠子上夸克-下夸克54、陰電力型膠子上夸克-下夸克55、陽電力型膠子反上夸克-反下夸克56、陰電力型膠子反上夸克-反下夸克57、光子（光量子）58、引力子（還是一

20、個(gè)假設(shè)）59、W+玻色子60、W-玻色子61、Z玻色子62、希格斯玻色子HiggsBoson理論編輯基本粒子理論基本粒子的結(jié)構(gòu)、相互作用和運(yùn)動轉(zhuǎn)化規(guī)律的理論，它的理論體系就是量子場論。按照量子場論的觀點(diǎn)，每一類型的粒子都由相應(yīng)的量子場描述，粒子之間的相互作用就是這些量子場之間的耦合，而這種相互作用是由規(guī)范場量子傳遞的。20世紀(jì)30年代以來，基本粒子理論在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上有了很大進(jìn)展。在粒子結(jié)構(gòu)方面，人們已經(jīng)通過對稱性的研究深入到了一個(gè)層次，肯定了強(qiáng)子是由層子和反層子組成的，對真空特別是對真空自發(fā)破缺也有了新的認(rèn)識。在相互作用方面，發(fā)展了可描述電磁相互作用的量子電動力學(xué)，發(fā)展了能統(tǒng)一描述弱相互作用和

21、電磁相互作用的弱電統(tǒng)一理論，可用于描述強(qiáng)相互作用的量子色動力學(xué)。它們無一例外都是量子規(guī)范場理論，并且都在很大程度上與實(shí)驗(yàn)一致，從而使人們對各種相互作用的規(guī)律性有了更深一層的了解。基本粒子理論在本質(zhì)上是一個(gè)發(fā)展中的理論，它在許多方面還不能令人滿意。其中有兩個(gè)具有哲學(xué)意義的理論問題尚待澄清，即：層次結(jié)構(gòu)問題（見物質(zhì)結(jié)構(gòu)層次）和相互作用統(tǒng)一問題（見相互作用的統(tǒng)一理論）。在物質(zhì)結(jié)構(gòu)的原子層次上，可以把原子中的電子和原子核分割開來；在原子核層次上，也可以把組成原子核的質(zhì)子和中子從原子核中分割出來?？墒沁M(jìn)入到基本粒子層次后，情況有了變化。這種變化在于強(qiáng)子雖然是由帶色的層子和反層子組成的，但卻不能把層子或反

22、層子從強(qiáng)子中分割出來。這種現(xiàn)象被稱為色禁閉。于是，在基本粒子層次，物質(zhì)可分的概念增添了新的內(nèi)容?？煞植⒉坏扔诳煞指睿瑥?qiáng)子以層子和反層子作為組分，但卻不能從強(qiáng)子中分割出層子和反層子。色禁閉現(xiàn)象的原因至今還未能從理論上找到明確答案。80年代已知的層子、反層子已達(dá)36種，輕子、反輕子已達(dá)12種，再加上作為力的傳遞者的規(guī)范場粒子以及Higgs粒子，總數(shù)已很多，這就使人們?nèi)ピO(shè)想這些粒子的結(jié)構(gòu)。物理學(xué)家們對此已經(jīng)給出許多理論模型，但各模型之間差別很大，還很難由實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和判斷究竟哪個(gè)模型正確。模型理論在弱電統(tǒng)一理論獲得成功之后，人們又探求強(qiáng)作用和弱作用、電磁作用三者之間的統(tǒng)一，提出了各種大統(tǒng)一模型理論。這種

23、理論預(yù)言質(zhì)子也會衰變,其壽命約為10322年。但還沒有得到實(shí)驗(yàn)上的證實(shí)。在探索力的統(tǒng)一理論時(shí)不能不考慮引力。但引力和弱作用力、電磁作用力、強(qiáng)作用力有重要差別,因?yàn)樗苯优c空間、時(shí)間的測度有聯(lián)系，它的傳遞者一引力子的自旋不同于其他三種作用力的傳遞者，它的耦合常數(shù)有量綱（質(zhì)量）-2，從而會出現(xiàn)無窮多種發(fā)散，不能重整化。如果再考慮到阿爾伯特愛因斯坦所提出的引力方程的非線性性質(zhì)，就更增加了引力理論量子化、重整化的困難。初步的探討認(rèn)為，引力場也是一種規(guī)范場，這就意味著引力和其他三種基本力在邏輯上最終會統(tǒng)一起來。但從問題的深度上可以看到，有一些關(guān)鍵性的因素人們還沒有掌握。粒子發(fā)現(xiàn)表編輯基本粒子的概念也在隨

24、著物理學(xué)的發(fā)展而不斷的變化著，人們的認(rèn)識也在朝著揭示微觀世界的更深層次不斷地深入。“基本粒子”的“祖孫”三代從湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子到1932年發(fā)現(xiàn)中子，人們認(rèn)識到質(zhì)子、中子、電子和光子可以稱為基本粒子。當(dāng)時(shí)一度認(rèn)為一切都已搞清楚：質(zhì)子和中子構(gòu)成一切原子核；原子核和電子則構(gòu)造了自然界的一切原子和分子，而光子僅僅是構(gòu)成光與電磁波的最小單元。然而好景不長，對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的這樣一種“圓滿”的解釋并沒能持續(xù)多久，人們很快發(fā)覺當(dāng)時(shí)所發(fā)現(xiàn)的基本粒子不能圓滿地解釋核力第一代35歲著名的日本物理學(xué)家湯川秀樹（19071981年）大膽假設(shè)，很可能還有未曾發(fā)現(xiàn)的新粒子。湯川秀樹認(rèn)為，就像電磁相互作用是通過交換光子而實(shí)現(xiàn)的那樣

25、，核力是通過核子間交換一種介子而實(shí)現(xiàn)的。他還估算出了這種粒子的質(zhì)量大約是電子質(zhì)量的200倍。兩年之后，美國物理學(xué)家卡爾戴維安德孫（1905年）在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了一種帶電粒子，它的質(zhì)量是電子的200倍左右，被命名為“m（繆）介子”。理論預(yù)言的成功使人們倍感欣慰，但進(jìn)一步的考察卻令人十分掃興。因?yàn)檫@種m介子根本不與核子相互作用，很明顯，它不可能是湯川秀樹所預(yù)言的粒子。1947年，巴西物理學(xué)家塞色，MG拉帝斯等人利用核乳膠在宇宙射線中又發(fā)現(xiàn)了一種介子p介子。p介子的性質(zhì)完全符合湯川秀樹的預(yù)言，能夠解釋核力。實(shí)際上，“m介子”不是介子而是一種輕子，所以將m介子稱為“m子”。到1947年，人們認(rèn)識的粒子

26、已達(dá)14種之多。其中包括當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的光子（g）,正負(fù)電子（e士）,正負(fù)m子（m士），三種p介子（p士，p0），質(zhì)子（p）和中子（n）10種；另外4種就是1956年在實(shí)驗(yàn)室中被發(fā)現(xiàn)的正反電子中微子、反質(zhì)子和反中子。這14種粒子各有用武之地，其中質(zhì)子、中子和電子構(gòu)成一切穩(wěn)定的物質(zhì)；光子是電磁力的傳遞者，p介子傳遞核力，中微子在b衰變中扮演不可缺少的角色（b衰變是原子核自發(fā)地放射出電子或正電子，或者俘獲原子內(nèi)電子軌道上的一個(gè)電子，而發(fā)生的轉(zhuǎn)變）；而m子則在宇宙射線中出現(xiàn)。以上這些就構(gòu)成了第一代粒子。第二代穩(wěn)定的秩序似乎并沒有維持多久，完滿”的舊理論很快就被一系列新的疑問所沖破。在發(fā)現(xiàn)p介子的1947

27、年，人們利用宇宙射線在云室中拍下了兩張有V字形徑跡的照片，衰變產(chǎn)物是p士介子和質(zhì)子（p）。這兩種徑跡不能用任何當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的第一代粒子來解釋，于是人們很自然的想到，這一定是兩種未發(fā)現(xiàn)的粒子衰變所形成的。在之后的幾年里，人們拍攝了十多萬張宇宙射線照片，終于發(fā)現(xiàn)了這兩種不帶電的新粒子。其中一個(gè)質(zhì)量為電子質(zhì)量的1000倍，被叫做“k0介子”；另一個(gè)約為電子質(zhì)量的2200倍，稱為I粒子（讀“蘭布塔”）。我們稱它們?yōu)榈诙Ｗ樱@是因?yàn)樗鼈冇袃蓚€(gè)明顯的特點(diǎn)：（1）產(chǎn)生快，衰變慢；（2）成對（協(xié)同）產(chǎn)生，單個(gè)衰變。這些特點(diǎn)用過去的理論是無法解釋的，所以又稱它們?yōu)椤捌娈惲Ｗ印薄榱藢@些奇異粒子進(jìn)行定量研究，

28、光靠宇宙射線是不夠的。50年代初,一些大型加速器陸續(xù)建成，使人們有可能利用加速器所加速的粒子來轟擊原子核，以研究奇異粒子。到1964年人們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一批奇異粒子，使人們發(fā)現(xiàn)的粒子種類達(dá)到了33種。這些奇異粒子統(tǒng)稱為“第二代粒子”。第三代如果我們把已發(fā)現(xiàn)的30多種粒子按它們的穩(wěn)定程度來分類，那么其中有的粒子是穩(wěn)定的，例如質(zhì)子、電子等；有的粒子卻要自發(fā)地衰變成其它粒子,例如m士、p士、n0、k0、入0等。它們衰變的時(shí)間一般在10-2010-16秒或大于10-10秒，分別屬于電磁作用衰變和弱作用衰變。到了60年代，由于加速器的能量逐步提高和高能探測器的迅速發(fā)展，在實(shí)驗(yàn)上也發(fā)現(xiàn)了衰變時(shí)間在10-24

29、10-23秒范圍的快衰變粒子，其衰變屬強(qiáng)作用衰變。這些粒子被稱為“共振態(tài)粒子”，也稱“第三代粒子”。由于它們的出現(xiàn)，使粒子種類猛增到上百。發(fā)展歷程編輯研究比原子核更深層次的微觀世界中物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，和在很高能量下這些物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化及其產(chǎn)生原因和規(guī)律的物理學(xué)分支。又稱高能物理學(xué)。其發(fā)展大致經(jīng)歷3個(gè)階段。第一階段(18971937)可追溯到1897年發(fā)現(xiàn)第一個(gè)基本粒子電子。1932年J查德威克在量子力學(xué)LISAIGZ1UXUE備二耐用a粒子轟擊核的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了中子，隨即人們認(rèn)識到原子核是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的，從而形成所有物質(zhì)都是由基本的結(jié)構(gòu)單元質(zhì)子、中子、電子構(gòu)成的統(tǒng)一的世界圖像。質(zhì)子、中子、電子和

30、A愛因斯坦提出并被RA密立根和A.H.康普頓等人實(shí)驗(yàn)證實(shí)的光子、W泡利假設(shè)存在的中微子(1956年最終被實(shí)驗(yàn)證實(shí))以及P.A.M.狄拉克預(yù)言并被C.D.安德森1932年在宇宙線中觀察到的正電子都被認(rèn)為是基本粒子或亞原子粒子。在此階段，理論上建立了量子力學(xué)，這是微觀粒子運(yùn)動普遍遵從的基本規(guī)律。在相對論量子力學(xué)的基礎(chǔ)上，通過場的量子化初步建立量子場論，很好地解決了場的粒子性和描述粒子的產(chǎn)生、湮沒等問題。隨著原子核物理的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)在相當(dāng)于原子核大小的范圍內(nèi)除了引力相互作用電磁相互作用之外，還存在比電磁作用更強(qiáng)的強(qiáng)相互作用和介于電磁作用和引力作用之間的弱相互作用，前者是核子結(jié)合成核的核力，后者引起原子

31、核的P衰變。對于核力的研究認(rèn)識到核力是通過交換介子而產(chǎn)生的，并根據(jù)核力的電荷無關(guān)性建立起同位旋概念。第二階段(19371964)先后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了眾多的粒子。1937年從宇宙線中發(fā)現(xiàn)M子，后來證實(shí)它不參與強(qiáng)作用，它和與之相伴的p中微子同電子及與之相伴的電子中微子可歸入一類，統(tǒng)稱為輕子。1947年發(fā)現(xiàn)n士介子，1950年發(fā)現(xiàn)n0介子，1947年還發(fā)現(xiàn)奇異粒子。50年代粒子加速器和各種粒子探測器有了很大發(fā)展，從而開始了用加速器研究并大量發(fā)現(xiàn)基本粒子的新時(shí)期，各種粒子的反粒子被證實(shí)；發(fā)現(xiàn)了為數(shù)不少的壽命極短的共振態(tài)。基本粒子的大量發(fā)現(xiàn)，其中大部分是強(qiáng)子，人們懷疑這些基本粒子的基本性。人們嘗試將強(qiáng)子進(jìn)行分

32、類，提出頗為成功的強(qiáng)子分類的“八重法”。這一階段理論上最重要的進(jìn)展是重正化理論的建立和相互作用中對稱性的研究進(jìn)一步解釋宇稱不守恒。關(guān)于描述電磁場量子化的量子電動力學(xué)，通過重正化方法消除了發(fā)散困難，對于電子和p子反常磁矩以及蘭姆移位的理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果精確符合。量子電動力學(xué)經(jīng)受眾多實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，成為描述電磁相互作用的成功的基本理論。對稱性與守恒定律聯(lián)系在一起，關(guān)于相互作用中對稱性的研究，最為重要的結(jié)果是1956年李政道、楊振寧提出弱作用下宇稱不守恒，1957年被吳健雄等人的實(shí)驗(yàn)及其他實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這些實(shí)驗(yàn)同時(shí)也證實(shí)了在弱作用下電荷共軛宇稱不守恒。這些研究推動弱作用理論的進(jìn)展。第三階段（1964）以提出強(qiáng)

33、子結(jié)構(gòu)的夸克模型為標(biāo)志。1964年M.蓋耳曼和G茲韋克在強(qiáng)子分類八重法的基礎(chǔ)上分別提出強(qiáng)子由夸克構(gòu)成，夸克共有上夸克u、下夸克d和奇異夸克s三種，它們的電荷、重子數(shù)為分?jǐn)?shù)?？淇四Ｐ涂梢哉f明當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的各種強(qiáng)子?？淇四Ｐ偷玫胶髞磉M(jìn)行的高能電子、高能中微子對質(zhì)子和中子的深度非彈性散射實(shí)驗(yàn)的支持，實(shí)驗(yàn)顯示出質(zhì)子和中子內(nèi)部存在點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)，這些點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為是夸克存在的證據(jù)。1974年發(fā)現(xiàn)J/屮粒子，其獨(dú)特性質(zhì)必須引入一種新的粲夸克c，1979年發(fā)現(xiàn)另外一種獨(dú)特的新粒子丫，必須引入第5種夸克，稱為底夸克b。另一方面，1975年發(fā)現(xiàn)重輕子T，并有跡象表明存在與T相伴的T中微子，于是輕子共有6種。迄今的實(shí)驗(yàn)

34、尚未發(fā)現(xiàn)輕子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。人們相信輕子是與夸克屬于同一層次的粒子。輕子與夸克的對稱性意味著存在第6種頂夸克to1994年4月26日，美國費(fèi)米國家實(shí)驗(yàn)室宣布已找到頂夸克存在的證據(jù)。這一階段理論上最重要的進(jìn)展是建立電弱統(tǒng)一理論和強(qiáng)相互作用研究的進(jìn)展。1961年S.L.格拉肖提出，其基礎(chǔ)是楊振寧和R.L.密耳斯于1954年提出的非阿貝耳規(guī)范理論。按照這一模型，光子是傳遞電磁作用的粒子，傳遞弱作用的粒子是W士和Z0粒子，但是W士、Z0是否具有靜質(zhì)量，理論上如何重正化問題沒有解決。19671968年在對稱性自發(fā)破缺的基礎(chǔ)上，S.溫伯格、A薩拉姆發(fā)展了格拉肖的電弱統(tǒng)一模型，建立了電弱統(tǒng)一的完善理論，闡明了規(guī)

35、范場粒子W士、Z0是可以有靜質(zhì)量的，理論預(yù)言它們的質(zhì)量在80100吉電子伏特(GeV)，此外還預(yù)言存在弱中性流。1973年觀察到弱中性流，1983年發(fā)現(xiàn)W士、Z0粒子，其質(zhì)量(mW=80GeV，mZ90GeV)及特性同理論上期待的完全相符。關(guān)于強(qiáng)作用的研究，1973年G霍夫特、D.J格羅斯等人發(fā)展了量子色動力學(xué)理論。量子色動力學(xué)與量子電動力學(xué)一樣，也是一種定域規(guī)范理論。在這個(gè)理論中，夸克之間的強(qiáng)相互作用是由于夸克具有色荷交換色膠子而產(chǎn)生的，膠子沒有靜質(zhì)量，但帶有色荷。強(qiáng)相互作用具有漸近自由的性質(zhì)，即夸克之間的強(qiáng)相互作用并不是隨著它們的距離增大而減弱，而是相反；當(dāng)它們相距很近而處于強(qiáng)子內(nèi)部時(shí)，相

36、互作用很弱，可近似地看成是自由的，從而能夠說明夸克、膠子的禁閉性質(zhì)、輕子對強(qiáng)子深度非彈性散射的異常現(xiàn)象以及噴注現(xiàn)象等。在粒子物理學(xué)的深層次探索活動中，粒子加速器、探測手段、數(shù)據(jù)記錄和處理以及計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用不斷發(fā)展，既帶來粒子物理本身的進(jìn)展，也促進(jìn)整個(gè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展；粒子物理所取得的豐碩成果已經(jīng)在宇宙演化的研究中起著重要的作用。詞條圖冊基本粒子的分類（根據(jù)作用力）大類小類預(yù)言和發(fā)特點(diǎn)現(xiàn)時(shí)間，發(fā)現(xiàn)人組成強(qiáng)子（質(zhì)子、中上夸克類基子、n介子等）本粒（參與強(qiáng)力作用子的粒子）下夸克奇異夸克粲夸克底夸克頂夸克1994年4（預(yù)言）月26日發(fā)現(xiàn)于美國費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室頂夸克（Topquark）,1是基本粒子之一，屬于費(fèi)

37、米子中的第三代夸克，也是已知最重的粒子，質(zhì)量達(dá)到171GeV（與鋨原子相當(dāng)），電荷為+2/3，壽命極短，在1E-24s內(nèi)衰變成其他粒子輕子（只參與弱力、電磁力和引力作用，而不參與強(qiáng)相互作用的粒子）傳播子電子1903年盧瑟福電子中微所有的中微子都不帶電子M子帶電M子中微所有的中微子都不帶電子T子1975年帶電。不參與強(qiáng)作用，屬于輕子，但是它的質(zhì)量很重，是電子的3600倍，質(zhì)子的1.8倍，因此又叫重輕子T子中微子傳遞強(qiáng)作1979年（三用的膠子噴注現(xiàn)象）有8種。傳遞弱作用的W+，W-和Z0。傳遞弱相1983年中間玻色子是1983年發(fā)現(xiàn)的，非常重，是質(zhì)子的8090倍。互作用的矢量粒子基本特性體積基本粒

38、子要比原子、分子小得多，現(xiàn)有最高倍的電子顯微鏡也不能觀察到。質(zhì)子、中子的大小，只有原子的十萬分之一。而輕子和夸克的尺寸更小，還不到質(zhì)子、中子的萬分之一。質(zhì)量或能量粒子的質(zhì)量是粒子的另外一個(gè)主要特征量。按照粒子物理的規(guī)范理論，所有規(guī)范粒子的質(zhì)量為零，而規(guī)范不變性以某種方式被破壞了，使夸克、帶電輕子、中間玻色子獲得質(zhì)量。現(xiàn)有的粒子質(zhì)量范圍很大，從0到90吉電子伏。光子、膠子是無質(zhì)量的，電子質(zhì)量很小，只有0.5兆電子伏，n介子質(zhì)量為電子質(zhì)量的280倍；質(zhì)子、中子都很重，接近電子質(zhì)量的2000倍，約為1吉電子伏，已知最重的粒子是Z0，其質(zhì)量為90吉電子伏。己發(fā)現(xiàn)的五種夸克，從下夸克到底夸克，質(zhì)量從輕到

39、重。下夸克質(zhì)量只有0.3吉電子伏，而底夸克重達(dá)5吉電子伏，頂夸克還沒有發(fā)現(xiàn)，理論預(yù)言它的質(zhì)量可能超過100吉電子伏。中微子的質(zhì)量非常小，目前己測得的電子中微子的質(zhì)量小于7電子伏，即為電子質(zhì)量的七萬分之一，已非常接近零。壽命粒子的壽命是粒子的第三個(gè)主要特征量。電子、質(zhì)子、中微子是穩(wěn)定的，稱為長壽命粒子；而其他絕大多數(shù)的粒子是不穩(wěn)定的，即可以衰變。一個(gè)自由的中子會衰變成一個(gè)質(zhì)子、一個(gè)電子和一個(gè)中微子；一個(gè)n介子衰變成一個(gè)p子和一個(gè)中微子。粒子的壽命以強(qiáng)度衰減到一半的時(shí)間來定義。質(zhì)子是最穩(wěn)定的粒子，實(shí)驗(yàn)已測得的質(zhì)子壽命大于10的33次方年。對稱性粒子具有對稱性，有一個(gè)粒子，必存在一個(gè)反粒子。1932年科學(xué)豕發(fā)現(xiàn)了一個(gè)與電子質(zhì)量相同但帶一個(gè)正電荷的粒子，稱為正電子；后來又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)帶負(fù)電、質(zhì)量與質(zhì)子完全相冋的粒子，稱為反質(zhì)子；隨后各種反夸克和反輕子也相繼被發(fā)現(xiàn)。一對正、反粒子相碰可以湮滅，變成攜帶能量的光子，即粒子質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?；反之，兩個(gè)高能粒子碰撞時(shí)有可能產(chǎn)生一對新的正、反粒子，即能量也可以轉(zhuǎn)變成具有質(zhì)量的粒子。自旋粒子還有另一種屬性一自旋。自旋為半整數(shù)的粒子稱為費(fèi)米子，為整數(shù)的稱為玻色子。象性微觀世界的粒子具有雙重屬性粒子性和波動性。描述粒子的粒子性和波動性的雙重屬性，以及粒子的產(chǎn)生和消滅過程的基本理論是量子場論。量子場論和規(guī)范理論十分成功地描述了粒子及其相