粒子列表

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这是一份粒子物理学粒子清单,包括已知的和假设的基本粒子,以及由它们合成的复合粒子

关于根据发现年代顺序排列的亚原子粒子清单,请参见粒子发现年表

基本粒子[编辑]

基本粒子是没有可测量的内在结构的粒子,就是说,它不是其他粒子的复合。它们是量子场论的基本物质。基本粒子可以根据它们的自旋分类,费米子有半整数自旋而玻色子有整数自旋。

标准模型[编辑]

标准模型

「標準模型」所呈現的是我們目前對於基本粒子物理的了解,人們已觀測到所有標準模型中的粒子。

费米子(具有半整数自旋)[编辑]

费米子具有半整数自旋,每個費米子都有對應的反粒子。費米子是所有物質的基本組成成份。費米子有兩種形式,一種是夸克另一種是輕子,它們最大的不同是前者有色荷交互作用而後者沒有。

  • 夸克具有三种色荷(colour)的特性,分别是红(R)、绿(G)、蓝(B),反夸克具有三种补色,分别是RGB
世代 同位旋 特点 名稱/味道 符号 電荷e 質量(MeV/c2 反粒子 符号 電荷e
1 1/2 Iz=-1/2 下夸克 {d} −1/3 4.8+0.7-0.3 反下夸克 \overline{d} +1/3
1/2 Iz=+1/2 上夸克 {u} +2/3 2.3+0.7-0.5 反上夸克 \overline{u} −2/3
2 0 S=-1 奇夸克 {s} −1/3 95±5 反奇夸克 \overline{s} +1/3
0 C=1 粲夸克 {c} +2/3 1275±25 反粲夸克 \overline{c} −2/3
3 0 B=-1 底夸克 {b} −1/3 4180±30 反底夸克 \overline{b} +1/3
0 T=1 頂夸克 {t} +2/3 173.5 ± 0.6 ± 0.8 GeV 反頂夸克 \overline{t} −2/3
有電荷的粒子及其反粒子 中微子及反中微子
名稱 符號 電荷 質量MeV/c2 名稱 符號 電荷 質量MeV/c2
電子 / 正電子 e^- \, / \, e^+ −1 / +1 0.511 電中微子 / 反電中微子 \nu_e \, / \, \overline{\nu_e} 0 < 0.0000022
μ子 / 反μ子 \mu^- \, / \, \mu^+ −1 / +1 105.7 μ中微子 / 反μ中微子 \nu_\mu \, / \, \overline{\nu_\mu} 0 < 0.17
τ子 / 反τ子 \tau^- \, / \, \tau^+ −1 / +1 1,777 τ中微子 / 反τ中微子 \nu_\tau \, / \, \overline{\nu_\tau} 0 < 15.5

玻色子(具有整数自旋)[编辑]

玻色子有整数自旋基本交互作用是由規範玻色子傳遞,希格斯玻色子涉及到規範玻色子費米子獲得質量的機制。

名稱 符号 電荷(e 自旋 質量(GeV/c2 相互作用
光子 γ 0 1 0 電磁相互作用
W玻色子 W± +1 / −1 1 80.358±0.016 弱相互作用
Z玻色子 Z0 0 1 91.1876±0.0021 弱相互作用
膠子 g 0 1 0 強相互作用
引力子(假想) G 0 2 0 引力相互作用
希格斯玻色子 H0 0 0 125.3 電弱交互作用

引力子被加在列表中,虽然它不是由标准模型预测的,但在量子场论等理论中是存在的。 希格斯玻色子主要是为了解释粒子质量的起源。在被称为希格斯机制的过程中,希格斯玻色子和标准模型中的其他费米子通过的SU(2)规范对称性的自发破缺获得质量。它是唯一的标准模型粒子中尚未被观察到的(引力子不是一个标准模型粒子)粒子。最小超对称标准模型(MSSM)预测有多个希格斯玻色子。2012年7月2日,美国能源部下属的费米国家加速器实验室宣布,该实验室最新数据接近证明被称为“"goddanm partical"的希格斯玻色子的存在。 2013年3月14日,欧洲核子研究组织(European Organisation for Nuclear Research)发布新闻稿表示,先前探测到的新粒子是希格斯玻色子。2013年10月8日,诺贝尔物理学奖在瑞典揭晓,比利时理论物理学家弗朗索瓦·恩格勒和英国理论物理学家彼得·希格斯因希格斯玻色子的理论预言获奖。

假想的粒子[编辑]

根据超对称理论的预测,每一个标准模型中的粒子都存在一个与其对应,自旋相差1/2的超对称粒子(Superpartner)。虽然目前为止,超对称粒子还没有被实验所证实,但是它们很有可能在欧洲大型强子对撞机中被发现。费米子的超粒子(sparticle),就是在每种费米子前加一个s。玻色子的超粒子(sparticle),就是在每种玻色子后加一个ino。

超对称理论預測可能會有下面的超粒子(sparticle):

超对称粒子
超对称粒子 超对称粒子对应 自旋 注释
超中性子neutralino 中性玻色子neutral bosons 12 对应几个标准模型的玻色子:中性希格斯玻色子,Z玻色子和光子,最轻的中性微子是暗物质的候选者。MSSM预测有四种。這四個態是超B子(Bino,弱超荷超規範子)、中性超W子(Winos,中性的電弱超規範子)與中性超希格斯粒子的混合態。
超荷子chargino 电玻色子charged bosons 12 对应2个标准模型的玻色子:希格斯玻色子,W玻色子。MSSM预测有两种。它们是带电的超W子(wino)和带电的超希格斯粒子的线性组合。
超光子photino 光子photon 12 超Z子(Zino)和中性超希格斯粒子混合态的超中性子。
超规范子gaugino/超W子wino,超Z子zino 规范玻色子gauge bosons/W及Z玻色子W and Z bosons 12 带电的超W子(wino)和带电的超希格斯粒子混合的超荷子
超希格斯粒子Higgsino 希格斯玻色子Higgs boson 12 存在多种希格斯玻色子
超胶子gluino 胶子gluon 12 8种胶子和8种胶微子
超引力子gravitino 引力子graviton 32 预测的超引力(Supergravity,SUGRA)。
标量轻子sleptons 轻子leptons 0 标量电子Selectron、标量μ子Smuon、标量τ子Stau、标量中微子Sneutrino
标量中微子sneutrino 中微子neutrino 0 许多标准模型的扩展提出,可能需要解释LSND的结果。一个不参加除引力以外的任何相互作用的标量中微子,MSSM中右旋中微子相对应的粒子,被称为惰性中微子(Sterile neutrino)。
标量夸克squarks 夸克quarks 0 经常被实验项目搜寻的标量底夸克sbottom标量顶夸克stop。

注:正如光子,Z玻色子和W±玻色子是B0, W0, W1, and W2的叠加态。相对应地,超光子,zino和wino±是bino0, wino0, wino1, and wino2的叠加态。

其它理论预言存在另外的玻色子:

其它假设的玻色子
名称 自旋 注释
引力子graviton 2 解释量子引力
引力标量子graviscalar 0 也称为radion
引力光子graviphoton 1 也称为gravivector
轴子axion 0 用来解决CP守衡的问题。
轴微子axino 12 解决CP守衡的问题在超对称粒子上的扩展。
标量轴子saxion 0
膜子branon  ? 膜宇宙模型。
胀子dilaton 0 一些弦理论的预测。
胀微子dilatino 12 dilaton的超对称粒子
X及Y玻色子X and Y bosons 1 大统一理论GUT
W'及Z'玻色子W' and Z' bosons  ?
磁光子magnetic photon 1
马约拉纳粒子majoron  ? 预测中微子质量机制。
马约拉纳费米子majorana fermion 12 ; 32 ?... 超规范子(Gluinos)、超中性子(neutralinos)及其他。其反粒子是其本身。
变色龙粒子Chameleon particle 0 暗能量和暗物质的一个可能的候选者,可能有助于研究宇宙膨胀。

镜像粒子Mirror particles重建奇偶对称性

磁单极子Magnetic monopole大统一理论GUT

速子Tachyon速度比光速快

卡魯扎-克萊因粒子Kaluza-Klein towers是由一些额外维度模型预测,表现为四维时空以外的额外维的额外质量。

夸克和轻子的理论结构模型:

  • 亚夸克subquark
  • 亚层子substraton
  • 前夸克prequark
  • 前子preon
    • 色子chromon
    • 味子flavon
    • 代子somon
  • 初子rishon
  • 单子haplon
  • 族子familon
  • 阿尔法子alphon
  • 贝塔子beiton
  • 奎克qwink
  • 格里克子gleak
  • 欧米伽子omegon
  • 毛子maon

复合粒子[编辑]

强子[编辑]

所有受到強相互作用影響的亞原子粒子都被稱為强子

重子(费米子)[编辑]

質子裡有兩個上夸克和一個下夸克。

參見重子列表 重子由三個夸克或三個反夸克組成

介子(玻色子)[编辑]

π介子裡有一個上夸克和一個反下夸克。

參見介子列表 介子由一個夸克和一個反夸克組成

夸克偶素(Quarkonium)由正反同一夸克构成的束缚态

非常规强子态[编辑]

非常规(nonconventional)强子态,也称为外来态或奇特态(exotic states)

奇異介子

奇異重子

原子核[编辑]

一個原子的示意圖,原子中紅色的是質子,紫色的是中子,而外圍黑色的暈就是電子雲

每一種原子核都有特定數量的中子質子,一種原子核會以衰變的方式變成另一種原子核。

參見同位素列表

原子[编辑]

原子是能區分出化學元素的最小粒子。典型原子的直徑大約是10-8厘米,原子是由一團電子雲環繞著一個相對很小的原子核所構成。

參見元素列表

里德伯原子[编辑]

里德伯原子(Rydberg atom)是具有高激发态电子(主量子数n很大)的原子。里德伯原子中只有一个电子处于很高的激发态,离原子实(原子核和其余的电子)很远,原子实对这个电子的库仑作用可视为一个点电荷,因此可以将里德伯原子看作类氢原子。目前实验室中已经制备出n≈105的原子,射电天文已经观测到了n≈630的里德伯原子。

超原子[编辑]

超原子(Superatoms)是由多个原子组成的特定团簇具有类似于原子特性的稳定结构单元,其物理和化学性质随所含原子的组分、数目和结构的不同而变化。团簇可以模拟元素周期表中单个原子的性质,如原子中电子状态的幻数特征、原子轨道以及氧化还原特性等。一个显著特点是在它与其他原子或团簇化合时能保持自身结构和性质的完整性。

奇特原子[编辑]

指與一般原子構成不同的原子,奇特原子是像正电子反質子緲子反緲子π介子K介子超子等不穩定的粒子代替质子中子电子等稳定粒子構成,壽命都不長。偶素是粒子及其反粒子的束缚态,英文命名是在该粒子名后加后缀-onium。奇特原子也能形成分子緲子偶素就已經合成氯化緲子偶素(MuCl)和緲子偶素化鈉(NaMu)。

  • 轻子束缚态:两个轻子的束缚态。
  • 轻子原子:轻子绕原子核旋转。
  • 双强子原子:强子绕原子核旋转,分为 介子原子(mesonic atom)、 双介子原子(dimeson atom)、 重子原子(baryonic atom)。
  • 核束缚态:原子核内有介子或超子,可分为介子核(Mesonucleus)和超核(Hypernucleus)。
  • 反物質(Antimatter)

參見奇特原子列表

超对称复合粒子[编辑]

超对称费米子会形成复合粒子,可以是原子和分子态,甚至还可以是准晶体的相态,但这需要引入额外维度的存在。

分子[编辑]

分子是能單獨存在、並保持純物質的化學性質的最小粒子,分子是由多個原子在共價鍵中透過共用電子連接一起而形成。

參見化學品列表

凝聚体[编辑]

凝聚體物理學的場方程跟高能量粒子物理學所用到的非常相似。因此粒子物理學的大部份理論都能被應用於凝聚体物理學;一般,有一群粒子叫準粒子,準粒子是媒質中其性質類似粒子的擾動,而看為了方便,也可以把它看作是一種粒子,下面的準粒子有:

其他粒子[编辑]

超光速理论的粒子[编辑]

參看[编辑]

參考文獻[编辑]

  • Particle Data Group S. Eidelman et al. Review of Particle Physics. Physics Letters B. 2004, 592: 1. 

外部链接[编辑]