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它们是上帝创造你和我的材料也是形成宇宙万物的六十二种基本粒子

2019-04-24来源:中国广告门户网

我们在高中课本中知道 分子是物质中能够独立存在的相对稳定并保持该物质物理化学特性的最小单元。

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同一个分子三种不同模型

分子可以分成原子,原子构成一般物质的最小单位,称为元素。

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氦原子结构示意图

虽然原子在化学上无法再继续分下去,但是在物理上可以继续分割。

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粒子的组成

基本粒子分成了四大类:夸克,轻子,规范玻色子,标量玻色子,这些分类粒子的数量总计有62种。

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粒子物理标准模型

夸克:夸克(英语:quark)是一种参与强相互作用的基本粒子,也是构成物质的基本单元。

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由二个上夸克及一个下夸克所构成的质子

夸克互相结合,形成一种复合粒子,叫强子。强子中最稳定的是质子和中子,它们是构成原子核的单元。

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不论种类,强子的总色荷为零

由于一种叫“夸克禁闭”的现象,夸克不能够直接被观测到,或是被分离出来,只能够在强子里面找到。基于这个原因,我们对夸克的所知大都是间接的来自对强子的观测。

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六种夸克间弱相互作用的强度。线的“深浅”由CKM矩阵的元决定

下表总结了六种夸克的关键性质。每种夸克味都有自己的一组味量子数(同位旋(I3)、粲数(C)、奇异数(S)、顶数(T)及底数(B′)),它们代表着夸克系统及强子的一些特性。因为重子由三个夸克组成,所以所有夸克的重子数(B)均为+13。反夸克的话,电荷(Q)及其他味量子数(BI3CSTB′)都跟夸克的差一个正负号。质量和总角动量(J;相等于点粒子的自旋)不会因为反粒子而变号。

夸克按其特性分为三代,如下表所示:

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夸克味的性质

夸克36种粒子

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夸克36种粒子

轻子:是一种不参与强相互作用、自旋为1/2的基本粒子。

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β衰变会发射出两种轻子:e−与νe

电子是最为人知的一种轻子;大部分化学领域都会涉及到与电子的相互作用,原子不能没有它,所有化学性质都直接与它有关。轻子又分为两类:“带电轻子”与“中性轻子”。

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右手螺旋性(同向)与左手螺旋性(反向)

带电轻子包括电子、μ子、τ子,可以与其它粒子组合成复合粒子,例如原子、电子偶素等等。 在所有带电轻子中,电子的质量最轻,也是宇宙中最稳定、最常见的轻子;质量较重的μ子与τ子会很快地衰变成电子,μ子与τ子必须经过高能量碰撞制成,例如使用粒子加速器或在宇宙线探测实验。中性轻子包括电中微子、μ中微子、τ中微子;它们很少与任何粒子相互作用,很难被观测到。

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第一代轻子的弱相互作用

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轻子属性列表

轻子总共有12种

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轻子种类数量

规范玻色子是传递基本相互作用的媒介粒子,它们的自旋都为整数,属于玻色子,它们在粒子物理学的标准模型内都是基本粒子。

规范玻色子包括:

胶子 - 强相互作用的媒介粒子,自旋为1,有8种

光子 - 电磁相互作用的媒介粒子,自旋为1,只有1种

W 及 Z 玻色子 - 弱相互作用的媒介粒子,自旋为1,有3种

引力子 - 引力相互作用的媒介粒子,自旋为2,只有1种

标量玻色子希格斯玻色子是标准模型里的一种基本粒子,是一种玻色子,自旋为零,宇称为正值,不带电荷、色荷,极不稳定,生成后会立刻衰变。希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。根据希格斯机制,基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。假若希格斯玻色子被证实存在,则希格斯场应该也存在,而希格斯机制也可被确认为基本无误。

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基本粒子间相互作用关系

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希子生成的费曼图

在紧凑μ子线圈探测器里,从质心能量为8 TeV的质子-质子碰撞事件记录数据制作出的三维绘景图

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在超环面仪器里,4-μ子候选事件示意图。

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玻色子种类14种

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目前已知组成物质基本粒子是64种,形成了宇宙万物,但是最新的理论研究猜想:最基本单位是一小段“能量弦线”,大至星际银河,小至电子,质子,夸克一类的基本粒子都是由这占有二维时空的“能量线”所组成。我们所处的宇宙空间可能是9+1维时空中的D3膜。

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D3膜

弦论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论。但是目前只是理论想象阶段,并没有得到实验上的任何证实结果,一旦这个理论是正确的,那么超弦理论就是宇宙大一统定理。

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宇宙 彼得·希格斯 物理 化学 探索
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