微粒结构排序.pdf

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1、微粒结 构排序 微观粒子的数量和种类繁杂，命名花样别出，各种粒子的特性和构成关系，更是相互交织，让人难以建立一个清晰的记忆模型。本文，将会概括性地统计介绍，各种微观粒子的种类与构成关系，从而建立起一个简单清晰的微观粒子图景。主题目录如下：物质的微观组成 微观粒子的构成关系 物质粒子 粒子名称统计 结语 物质的微观组成 宏观物质，最终都是由微观粒子所组成的。微观粒子从大到小，有分子、原子、质子和中子（原子核）、最后是基本粒子。而基本粒子，就是目前不可再分割的微观最小物质。这里不可分割的意思是指没有体积与模型图像，无法检测到其内部结构，即：可以作为点粒子（类似质点的概念）来处理。那么，基本粒子主要

2、由三大类构成夸克、轻子和部分玻色子（每一类又有多种）。其中，夸克和轻子又称费米子其构成了物质最开始可被观测的结构。费米子是自旋为半奇数粒子的统称，有时也称为物质粒子。而夸克与轻子，只是费米子中的基本粒子，还有很多（由基本粒子构成的）复合粒子也是费米子。玻色子是自旋为整数粒子的统称，其中有一部分称为规范玻色子（与规范场论关系密切而得名）其传递了粒子之间的基本相互作用（即传递力）；还有一种特殊的玻色子希格斯粒子（又称上帝粒子）其所在的希格斯场，则负责产生了（静）质量。这两类玻色子（规范玻色子与希格斯玻色子），都是玻色子中的基本粒子，还有很多（由基本粒子构成的）复合粒子也是玻色子。事实上，规范玻色子

3、需要满足规范对称性，即不能有质量，因为存在质量会破坏对称性，而希格斯场的作用，即满足了规律的对称性，也赋予了某些规范玻色子的质量。规范对称性（Gauge Symmetry）是拉格朗日函数和运动方程，在对称操作下保持不变的性质，即：对称变换后所有物理量和物理规律保持不变；其中规范，是调节物理系统中拉格朗日函数的冗余自由度。拉格朗日函数（Lagrangian Function）是粒子系统的动能减去其势能的运算。综上可见，费米子中的基本粒子构建了物质结构，玻色子中的基本粒子产生了相互作用和质量。而在费米子与玻色子之中，会有很多不可区分的全同粒子，如电子与电子、光子与光子，即：每一类粒子，都是全同粒子

4、。那么，在全同粒子之间，会有强烈的相互作用：一类是全同费米子，具有强烈相斥作用；一类是全同玻色子，都可以凝聚到能量最低态。另外，费米子遵循泡利不相容原理（Pauli Exclusion Principle），即：在费米子组成的系统中，不能有两个或两个以上的费米子，处在相同的量子态；而玻色子则不遵守这个原理，即：在玻色子组成的系统中，多个玻色子可以处于同一个量子态。于是，费米子系统不能有全同粒子，量子态可以计数；玻色子系统可以有全同粒子，量子态不可计数。量子态相同，就没有办法计数的原因在于，粒子没有明确的轨道，由于不确定性原理，它可以出现的位置是“概率云”，所以就没有办法追踪多个相同量子态中的一

5、个，即不能给相同的量子态“编号”，这样多个相同的量子态就没办法区分，只能算一个，同时测量还会改变全同粒子的量子态，使其变得不同。而量子态计数对应了微观时间变化的来源，因此，费米子构建的上层物质，也就拥有时间。量子态与时间的关系，参看主题相关文章。微观粒子的构成关系 分子是能够独立存在，且保持化学特性的最小物质，分子由多个原子构成，原子是化学反应不可分割的最小物质，原子由质子和中子组成的原子核，及核外电子（属于轻子）构成。其中，原子核的体积，只有原子的几千亿分之一，但质量却占到了 99.97%以上。如果原子是一个足球场，那原子核只是足球场中的一个铅笔大小；如果把原子核放大成网球，那电子会比灰尘颗

6、粒还小，并且其运动轨道将在 1000 米以外。而原子核中的质子和中子，两者质量差不多（中子略重），约是核外单个电子质量的 1800 倍以上，且均由三个（不同种类的）夸克构成由于质子带正电，中子不带电，电子带负电，且质子数与电子数相同，所以原子是电中性。那么夸克，其实并不能被直接观测到，或被分离出来，只能通过其构造的质子和中子（复合粒子）进行研究因为夸克禁闭，令夸克不能独立存在，只能以复合粒子的形式出现。最后，基本粒子中，轻子（如电子、中微子）和规范玻色子，包括希格斯粒子，则可以独立存在，但所有基本粒子都是点粒子，即没有可观测的体积与结构。物质粒子 物质粒子，正好分成三组，通常被称为“族”或“代”，而每一族或每一代，包括 2 个夸克和 1 个电子（或电子的兄弟），以及 1 个相应的中微子。第一族（第一代），电子、电子中微子、上夸克、下夸克。第二族（第二代），渺子（子）、渺子中微子、粲夸克、奇夸克。第三族（第三代），陶子（子）、陶子中微子、顶夸克、底夸克。需要指出的是，在三族中，对应列的粒子，除了质量依次增大，其它性质是完全一样的。