微观粒子 系统介绍：微观粒子的种类与构成关系

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微观粒子的数量和种类繁杂，命名模式有所区分，各种粒子的特征和组成相互交织，难以建立清晰的记忆模型。

在本文中，我们将对各种微粒的类型和组成进行一般性的统计介绍，从而建立一个简单明了的微粒图。

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

物质的微观组成

宏观物质最终是由微观粒子组成的。

微观粒子，从大到小，包括分子、原子、质子和中子(原子核)，最后是基本粒子。基本粒子是目前无法划分的微观最小物质。这里必不可少是指没有体积和模型图像，无法检测其内部结构，即可以作为点粒子来处理(类似于粒子的概念)。

那么基本粒子主要由三类组成——夸克、轻子和部分玻色子(每一类都有很多种)。其中，夸克和轻子又称为费米子，构成了物质的第一个可观测结构。

费米子是具有半奇自旋的粒子的总称，有时被称为物质粒子。夸克和轻子只是费米子中的基本粒子，很多复合粒子也是费米子。

玻色子是具有整数自旋的粒子的总称，其中有些称为规范玻色子(以其与规范场论的密切关系命名)，传递粒子间的基本相互作用(即转移力)，还有一种特殊的玻色子，希格斯粒子(也称上帝粒子)，其希格斯场负责产生质量。

这两种玻色子(规范玻色子和希格斯玻色子)是玻色子中的基本粒子，很多复合粒子(由基本粒子组成)也是玻色子。

其实规范玻色子需要满足规范对称性，也就是不能有质量，因为质量的存在会破坏对称性，希格斯场的作用不仅满足定律的对称性，还赋予一些规范玻色子质量。

综上所述，费米子中的基本粒子——物质结构被构建，玻色子中的基本粒子——产生相互作用和质量。

另外，费米子遵循泡利排斥原理，即两个或两个以上的费米子不能处于同一量子态；玻色子——不遵循泡利不相容原理，即许多相同的玻色子可以同时处于同一量子态。

所以费米子的量子态可以计数，但玻色子的量子态不能计数，量子态计数对应的是微观时间变化的本质来源。

量子态计数与时间，具体解读参看——主题相关文章[1]

所以费米子构造物质有时间，玻色子没有时间概念(比如光子和胶子)。

微观粒子的组成关系

分子是能独立存在并保持化学性质的最小物质。分子是由多个原子组成的，这些原子是与化学反应密不可分的最小的物质(即元素)。原子由质子和中子组成的原子核和核外电子(属于轻子)组成。

其中原子核的体积只有原子的一千亿倍，但质量却占了99.96%以上。如果一个原子是足球场，那么在足球场上原子核只有铅笔那么大。

原子核内的质子和中子质量相同(中子略重)，约为原子核外单个电子质量的1836倍，两者都由三个夸克组成。

所以夸克，其实是不能直接观测或分离的，只能通过它们的结构质子和中子(复合粒子)来研究。因为夸克是被限制的，所以夸克不能独立存在，只能以复合粒子的形式出现。

最后，在基本粒子中，轻子(如电子和中微子)和规范玻色子(包括希格斯粒子)可以独立存在。但是所有的基本粒子都是点粒子，没有可观测的体积和结构。

物质粒子

物质粒子，只是分为三组，通常称为族。而且每个家族都包括两个夸克和一个电子(或者电子的兄弟)，以及一个对应的中微子。

第一族，电子、电子中微子、上夸克、下夸克。第二族，渺子（μ子）、渺子中微子、粲夸克、奇夸克。第三族，陶子（τ子）、陶子中微子、丁夸克、底夸克。

在这三个族中，相应列中的粒子具有相同的属性，只是质量依次增加。

物理学家们，现在追溯到十亿分之一米尺度的物质结构，已经证明了我们迄今所遇到的一切——无论是自然产生的还是加速器人为产生的——都是由这三个粒子家族及其反物质粒子组成的复合粒子组成的。

然而，无数的“为什么”接踵而来。弦理论专家布赖恩·格林在《宇宙的弦》中指出:

为什么有那么多基本粒子——特别是，我们周围世界的大多数事物似乎只需要电子、上夸克和下夸克就够了？为什么有三族？为什么不是一族、四族或者更多？为什么粒子质量看起来是随机分布的——例如，为什么τ轻子比电子重约3520倍？为什么顶夸克比上夸克重40200倍？这些数都很奇怪，似乎是随机数。它们是偶然出现的，还是什么神灵选择的？我们宇宙的这些基本特征能有一个综合的科学解释吗？

粒子名称统计

从不同角度分类

亚原子——是指比原子还小的粒子统称，也称次原子。费米子——是自旋为半奇数粒子的统称，有复合粒子与基本粒子。玻色子——是自旋为整数粒子的统称，包含规范玻色子，有复合粒子与基本粒子。规范玻色子——是传递相互作用力的基本粒子——有光子、胶子、W和Z玻色子，引力子（未证实）。基本粒子——是不可分割的点粒子——有夸克、轻子、规范玻色子、希格斯粒子（不确定是否有内部结构）。复合粒子——是由多个基本粒子组成的粒子。反粒子——是质量、寿命、自旋与对应粒子相同，但其它所有性质（如电荷）会尽可能的相反，即大小相同符号相反。并且，粒子具有对称性，每一种粒子都有一种反粒子，而反粒子构成了反物质，与正物质相对。正反粒子相遇就发生湮灭，令质量转化为能量。奇异粒子——是有奇异数不为0的粒子，它们的奇特性质是结伴产生、产生快、衰变慢，起初对此无法解释，故称奇异粒子。（奇异数，是描述粒子内部性质的一个量子数）

基本粒子:构成物质基础

夸克——是一种参与强力的基本粒子，属于费米子，自旋1/2。轻子——是指不参与强力的基本粒子，属于费米子，自旋1/2。

费米子、夸克和轻子中的基本粒子构成了物质的基本结构。其中，轻子有以下几类:

电子——是基本粒子，属于费米子、轻子，负电荷、负自旋磁矩、自旋1/2。中微子——是基本粒子，属于费米子、轻子，无电荷、无自旋磁矩、接近光速、质量极小、自旋为1/2。渺子——是基本粒子，属于费米子、轻子，负电荷、自旋1/2。

基本粒子:转移力

光子——是传递电磁力的基本粒子，属于规范玻色子，自旋为1。胶子——是传递强力的基本粒子，属于规范玻色子，自旋为1。W和Z玻色子——是传递弱力的基本粒子，属于规范玻色子，自旋为1。引力子——是传递引力的基本粒子，属于规范玻色子，自旋为2，未证实存在。

玻色子之间的规范玻色子——通过交换规范玻色子(即发射和吸收)来传递相互作用力。

需要指出的是，这种“交换”不仅可以传递排斥力，还可以传递吸引力。比如在电磁场中，带相同电荷的粒子传递光子产生排斥力，带相反电荷的粒子传递光子产生吸引力。

可见光子承担了“信息”的功能，所以我们也称规范玻色子为信使粒子。

基本粒子:与质量有关

希格斯粒子——是基本粒子，属于玻色子，自旋0。

玻色子中的希格斯粒子通过希格斯场的自耦合获得质量。同时，希格斯场还与基本粒子(W和Z玻色子、夸克和轻子)耦合，使它们获得质量。

耦合（Coupling）——是两个或多个物理量之间，产生了相互作用。这个相互作用，是物理上可以测量的效应，这个效应的强弱可以用耦合常数来表示。耦合常数（Coupling Constant）——是量子论中，相互作用强度的一种度量。例如，电荷就正比与电磁力的耦合强度，而电磁力的耦合强度使用「精细结构常数」来表示。精细结构常数——是一个数字，表示电子在第一玻尔轨道上，其运动速度和真空中光速的比值（近似为137.03599976）。

复合粒子:原子核

质子——是由三个夸克和胶子组成的复合粒子，属于费米子，正电荷、正自旋磁矩、自旋1/2。中子——是由三个夸克和胶子组成的复合粒子，属于费米子，无电荷、负自旋磁矩、自旋1/2。

费米子、质子和中子(包括规范玻色子、胶子)中的复合粒子构成原子核。

复合粒子:其他分类

强子——是受到强力影响的亚原子的统称，包括重子和介子。重子——是指由三个夸克及胶子组成的复合粒子，属于费米子，自旋半奇数，如质子和中子。超子——是指质量超过质子和中子，并且至少含有一个奇夸克的重子。核子——是组成原子核的粒子统称，属于重子。介子——是复合粒子，属于玻色子，自旋为整数。

最后，原子=质子(夸克+胶子)+中子(夸克+胶子)+核外电子。原子也叫元素。已知元素有118种，构成分子化合物，其次是化学。