什么是基本粒子

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。

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

搂主问的是什么叫基本粒子。不是问基本粒子有几种。什么叫基本粒子：就是不能用任何方法再分割的，组成物质的各种粒子。就叫基本粒子。

基本粒子（elementary particle）是指在目前的物理学理论框架下，不能被进一步分割或由更小结构组成的物质最小单位。换句话说，基本粒子是自然界最基本的构成块，是组成物质和相互作用的基础单元。

1. 什么是基本粒子？

• 不可再分：基本粒子是目前科学发现的最小的物质单位，无法被分割成更小的部分。例如，电子被认为是一个基本粒子，因为它没有已知的内部结构，也无法被再分割。

• 物质的构成：基本粒子是构成原子、分子、光、以及一切物质和能量的基础。所有物质的构成都可以追溯到基本粒子和它们之间的相互作用。

2. 基本粒子的分类

根据现代粒子物理的理论框架（标准模型），基本粒子可以分为以下几类：

2.1 费米子 (Fermions)

费米子是组成物质的粒子，遵循费米-狄拉克统计，具备半整数自旋。它们可以进一步分为两类：

1. 夸克 (Quarks)：

   夸克是构成质子和中子的粒子，共有6种类型，称为味：上夸克 (u)、下夸克 (d)、奇夸克 (s)、粲夸克 (c)、底夸克 (b)、顶夸克 (t)。

   夸克之间通过强相互作用结合，形成复合粒子，如质子和中子（统称为强子）。

2. 轻子 (Leptons)：

   轻子是另一类基本粒子，同样有6种类型，其中最常见的是电子。轻子包括：电子 (e)、电子中微子 (νe)、μ子 (μ)、μ中微子 (νμ)、τ子 (τ)、τ中微子 (ντ)。

   电子和中微子是轻子家族的成员。中微子具有极小的质量且几乎不与其他物质发生相互作用。

2.2 玻色子 (Bosons)

玻色子是相互作用的媒介粒子，遵循玻色-爱因斯坦统计，具备整数自旋。它们负责传递自然界的基本力：

1. 规范玻色子 (Gauge Bosons)：

   光子 (Photon)：负责传递电磁力，与带电粒子相互作用。

   胶子 (Gluon)：负责传递强相互作用，作用于夸克之间，使得夸克结合成质子和中子。

   W 和 Z 玻色子：负责传递弱相互作用，参与放射性衰变等现象。

2. 希格斯玻色子 (Higgs Boson)：

   希格斯玻色子是通过希格斯机制赋予其他基本粒子质量的粒子。它的存在于2012年被实验发现，是标准模型中的一个重要组成部分。

3. 基本粒子与标准模型

标准模型 (Standard Model) 是目前描述基本粒子及其相互作用的理论框架。标准模型成功描述了电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用及相关的基本粒子，是当今粒子物理学中最重要的理论之一。

• 标准模型包括费米子（物质粒子）和玻色子（相互作用粒子）。

• 然而，标准模型并没有描述引力，而引力是自然界中的第四种基本力。此外，标准模型也无法解释暗物质和暗能量的存在。

4. 基本粒子的相互作用

基本粒子通过基本相互作用彼此之间发生作用，标准模型描述了三种基本相互作用：

1. 强相互作用：由胶子传递，作用在夸克之间，是使质子和中子结合在一起的力。

2. 电磁相互作用：由光子传递，作用在所有带电粒子之间，例如电子与原子核之间的电磁作用。

3. 弱相互作用：由 W 和 Z 玻色子传递，作用在轻子和夸克之间，参与核反应和放射性衰变。

5. 基本粒子的重要性

基本粒子是构建物质和宇宙的基础，它们的相互作用决定了宇宙的结构和演化。例如：

• 原子由质子、中子和电子组成，其中质子和中子是由夸克构成的，而电子则是一种轻子。

• 这些基本粒子之间的相互作用构成了物质的基本结构，使得原子结合形成分子，从而形成我们生活中所见的各种物体。

总结

基本粒子是自然界最基本、不可再分的构成单位。目前的标准模型认为基本粒子包括费米子（如夸克和轻子）和玻色子（如光子、胶子和希格斯粒子），它们共同构成了物质和相互作用的基础。通过基本粒子及其相互作用，物质和宇宙的结构得以形成与演化。

这些粒子及它们之间的相互作用构成了我们对宇宙的最基本理解，而现代物理学仍在不断地探索标准模型之外的可能性，例如引力的量子化、暗物质和暗能量的本质等，以求对宇宙有更全面的认识。