粒子是什么

粒子是什么

粒子（particle）指能够以自由状态存在的最小物质组分。最早发现的粒子是原子、电子和质子，1932年又发现中子，确认原子由电子、质子和中子组成，它们比起原子来是更为基本的物质组分，于是称之为基本粒子。以后这类粒子发现越来越多，累计已超过几百种，且还有不断增多的趋势；此外这些粒子中有些粒子迄今的实验尚未发现其有内部结构，有些粒子实验显示具有明显的内部结构。看来这些粒子并不属于同一层次，因此基本粒子一词已成为历史，如今统称为粒子。粒子并不是像中子、质子等实际存在的具体的物质，而是它们的统称，是一种模型理念。
例如：
介子
物理学家不知道如何将这些粒子纳入一个圆满的物理理论，他们试图解释这些粒子之间基本力的作用方式。他们这样做时，仿效光子携有带电粒子之间的电 磁力，想借助另一类携带着力的粒子——介子。但介子又是用什么东西制造的呢？
夸克
有一段时期，局面极其混乱。但1960和1970年代发展的 夸克理论使局面趋于明朗。夸克理论认为，所有已知粒子可以分成两族。一族由夸克组成，能够‘感知’只在夸克之间起作用的强力，叫做强子。另一族叫做轻子，它们不能感知强力，但参与以所谓的 弱力做媒介的相互作用(或称弱相互作用)，比如，放射衰变(包括 β衰变)过程就是弱相互作用引起的。 强子既能参与强相互作用，也能感知弱力。
轻子
是名副其实的基本粒子，它们不由任何别的东西构成。典范的 轻子就是电子，电子与另一种叫做中微子(严格说应是电子中微子)的轻子相伴生。当电子参与放射衰变这类过程时，总有中微子卷入。
由于一些无人知晓的原因，这一基本图像已经复制了两次，产生了三‘代’轻子。除电子本身外，还有比较重的叫做 μ介子，它们除了比电子重207倍外，完全像是电子；还有一种甚至更重的粒子叫做τ粒子，它的质量接近质子的两倍。这两种重电子各有其自己的中微子，所以轻子族有六种(三对)粒子。虽然μ介子和τ粒子都能在粒子加速器中用能量制造或从 宇宙线产生，但它们很快衰变，转化成电子或中微子。
强子族
强子族本身又再分为两类。由三个夸克构成的粒子叫做重子，就是我们常说的‘物质’粒子，包括质子和中子(重子和轻子都是 费米子族的成员，费米子实际上是普通物质粒子的别称)。由成对的夸克构成的粒子叫做介子，它们是携带 基本力的粒子，尽管还有其他的介子(这些力的载体和其他介子又称为 玻色子)。
粒子之间存在着相互作用，有 强相互作用、 电磁相互作 用、 弱相互作用和引力相互作用，其中引力相互作用非常弱，可以忽略。通过这些相互作用，产生新粒子或发生粒子衰变等粒子转化现象。按照参与相互作用的性质将粒子分成以下几类：①规范粒子。即传递相互作用的媒介粒子，已发现的有传递电磁作用的 光子和传递 弱作用的W、Z粒子。② 轻子。不直接参与 强作用可直接参与电磁作用和弱作用的粒子，已发现的有电子、 μ子、τ子和相伴的电子 中微子ve、 μ子中微子、 τ子中微子及它们的反粒子共12种。③ 强子。直接参与强作用，也参与电磁作用和弱作用的粒子。其中 自旋为 整数的强子称为介子，自旋为 半整数的强子称为 重子。强子的数目众多，其中大部分是通过强作用衰变的粒子，其寿命极短，是不稳定的粒子，也称为 共振态。
各种粒子分别有各自的内禀性质， 有粒子的质量m（ 静质量，以能量表示）、寿命τ（平均寿命，指静止系的平均寿命）、电荷Q（以质子的电荷为单位）、自旋J（以为单位）、 宇称P、 同位旋I、同位旋第3分量I3、重子数B、 轻子数Le、、Lr、 奇异数S、 粲数C 、 底数d等等。
在现有实验的精度下，轻子的行为类似点粒子，没有显示出具有内部结构，而强子显示是复合粒子，具有一定的结构。按照现代粒子物理的观点，介子由一对正反 夸克构成，重子由3个夸克构成，轻子和夸克属于同一层次。

在粒子物理学中，基本粒子是组成物质最基本的单位。其内部结构未知，所以也无法确认是否由其它更基本的粒子所组成。随着物理学的不断发展，人类对物质构成的认知逐渐深入，因此基本粒子的定义随时间也有所变化。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）。由两个或更多基本粒子所组成的则称作复合粒子。
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（atom）这个词来自希腊语中“不可切分的”。直到约1910年以前，原子的存在与否仍存在争议，一些物理学家认为物质是由能量所组成，而分子不过是数学上的一种猜想。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。随着实验和量子场论的进展，发现质子、中子、介子发现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。这些是现代的物理学所理解的基本粒子。