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基本粒子与物质结构(大众简明读本) 精选

已有 9009 次阅读 2016-4-24 14:38 |系统分类:科普集锦

基本粒子与物质结构(大众简明读本)

 

本文包含对“中国公民科学素质基准”中某条目的更正


施郁

(复旦大学物理学系)

 

物理学家经过很多年的努力,建立了粒子物理标准模型,包含若干基本粒子。其中有6种夸克、6种轻子以及每种粒子的反粒子(正反粒子的质量一样,电荷和某种称作“味道”的性质相反),还包括传递电磁相互作用的光子(“相互作用”可俗称为“力”,是力的积分形式)、传递弱相互作用的正负W粒子和中性Z粒子、传播递强相互作用的胶子,以及使得其它基本粒子获得质量的希格斯粒子。

6种夸克中有2种构成质子和中子。具体来说,2个上夸克(带2/3正电荷)和1个下夸克(带1/3负电荷)组成1个带正电的质子,1个上夸克和2个下夸克组成1个不带电的中子。

质子和中子组成原子核,原子核与电子组成原子,原子组成分子以及凝聚物质,从而构成我们周围的宏观物体这只是粗略的说法,比如在金属中,原子核和内层电子构成的正离子形成骨架,另有电子在这个骨架间运动,而不是专属某个正离子。

另外,并不是所有的宏观物质都由原子组成。比如,带正负电荷的粒子还可以形成没有固定形态的等离子体(包括由正离子和电子构成的常见的等离子,也包括其它的等离子体,如夸克胶子等离子体)。宇宙中还有全部由中子组成的中子星,可能还有以奇异夸克为主的奇异星,等等。电磁波完全由光子组成。 

电子是6种轻子之一,与之类似的轻子还有缪子和陶子,它们仨分别有一个“味道”相同的中微子,被称作电子型中微子、缪子型中微子和陶子型中微子。

除了上夸克、下夸克和电子,其他夸克和轻子并不自然地存在于原子中,因为它们(除了中微子)寿命很短,在弱相互作用支配下很快就衰变掉,但是它们可以由其他粒子碰撞产生。奇异夸克也可能以大量聚集的形态克服不稳定性、在宇宙中存在。各种中微子都是稳定的,但穿透性很强,它们不是原子核的组分。光子不是原子的组分,但是原子中的电子能级的变化往往伴随光子的产生或吸收【相关文章1的链接相关文章2的链接】。

粒子物理标准模型将电磁相互作用与弱相互作用统一起来,也包括强相互作用。但是它不包括引力,因为少量基本粒子间的引力相对来说完全可以忽略。但是大量粒子的聚集就有很大的引力效应。暗物质就是通过引力效应推测的,但目前还没有直接探测到暗物质粒子。

 

 




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