什么是基本粒子?

什么是基本粒子?

所谓基本粒子就是构成物质的最基本的单元.根据作用力的不同,粒子分为强子、轻子和传播子三太类.
强子就是是所有参与强力作用的粒子的总称.它们由夸克组成,已发现的夸克有五种,它们是：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克和底夸克.理论预言还有第六种夸克存在,已命名为顶夸克,但目前尚未发现.现有粒子中绝大部分是强子,质子、中子、π介子等都属于强子.
轻子就是只参与弱力、电磁力和引力作用,而不参与强相互作用的粒子的总称.轻子共有六种,包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子.电子、μ子和τ子是带电的,所有的中微子都不带电；τ子是1975年发现的重要粒子,不参与强作用,属于轻子,但是它的质量很重,是电子的3600倍,质子的1.8倍,因此又叫重轻子.
传播子也属于基本粒子.传递强作用的胶子共有8种,1979年在三喷注现象中被间接发现,它们可以组成胶子球,但至今尚未被直接观测到.传递弱作用的W+,W-和Z0.中间玻色子是1983年发现的,非常重,是质子的80一90倍.
基本粒子要比原子、分子小得多,现有最高倍的电子显微镜也不能观察到.质子、中子的大小,只有原子的十万分之一.而轻子和夸克的尺寸更小,还不到质子、中子的万分之一.
粒子的质量是粒子的另外一个主要特征量.按照粒子物理的 规范理论,所有规范粒子的质量为零,而规范不变性以某种方式 被破坏了,使夸克、带电轻子、中间玻色子获得质量.现有的粒子质量范围很大,从0到90吉电子伏.光子、胶子是无质量的,电子质量很小,只有0.5兆电子伏,π介子质量为电子质量的280倍；质子、中子都很重,接近电子质量的2000倍,约为1吉电子伏,已知最重的粒子是Z0,其质量为90吉电子伏.己发现的五种夸克,从下夸克到底夸克,质量从轻到重.下夸克质量只有0.3吉电子伏,而底夸克重达5吉电子伏,顶夸克还没有发现,理论预言它的质量可能超过100吉电子伏.中微子的质量非常小,目前己测得的电子中微子的质量小于7电子伏,即为电子质量的七万分之一,已非常接近零.
粒子的寿命是粒子的第三个主要特征量.电子、质子、中微子是稳定的,称为 "长寿命"粒子；而其他绝大多数的粒子是不稳定的,即可以衰变.一个自由的中子会衰变成一个质子、一个电子和一个中微子； 一个π介子衰变成一个μ子和一个中微子.粒子的寿命以强度衰减到一半的时间来定义.质子是最稳定的粒子,实验已测得的质子寿命大于10的33次方年.
粒子具有对称性,有一个粒子,必存在一个反粒子.1932年科学家发现了一个与电子质量相同但带一个正电荷的粒子,称为正电子；后来又发现了一个带负电、质量与质子完全相同的粒子,称为反质子；随后各种反夸克和反轻子也相继被发现.一对正、反粒子相碰可以湮灭,变成携带能量的光子,即粒子质量转变为能量；反之,两个高能粒子碰撞时有可能产生一对新的正、反粒子,即能量也可以转变成具有质量的粒子.
粒子还有另一种属性—自旋.自旋为半整数的粒子称为费米子,为整数的称为玻色子.
物质是不断运动和变化的,在变化中也有些东西不变,即守恒.粒子的产生和衰变过程就要遵循能量守恒定律.此外还有其他的守恒定律,例如轻子数和夸克数守恒,这是基于实验上观察不到单个轻子和夸克的产生和湮灭,必须是粒子、反粒子成对地产生和湮灭而总结出来的.
微观世界的粒子具有双重属性粒子性和波动性.描述粒子的粒子性和波动性的双重属性,以及粒子的产生和消灭过程的基本理论是量子场论.量子场论和规范理论十分成功地描述了粒子及其相互作用.