粒子標準模型

標準模型

意猶未盡，講開中微子，不得不提希格斯玻色子，發現了它之後，我們就建立一個完整的粒子標準模型，涉及費米子總共有17個粒子。首先讓我們來解釋一下它們是什麼以及如何對它們進行分類。我們將從費米子開始，它有六種是夸克（以紫色表示），有六種是輕子（以綠色表示），除了費米子以外，還有四種規範玻色子（以紅色表示），以及希格斯玻色子（以黃色表示）。右邊的4個紅色方格，這些粒子是3種基本相互作用的介質，電磁，強相互作用和弱相互作用。玻色子自旋為1。自旋、質量和電荷是所有粒子具有的特性，數值寫在每個方塊的左側。您可以在每個方塊的第一行中看到每個粒子的質量，第二行中看到每個粒子的電荷，第三行中看到每個粒子的自旋。首先我們有膠子，它是強相互作用的中介，它僅與夸克相互作用，膠子的質量為0。接下來我們有光子，它是電磁相互作用的中介。它與任何具有非零電荷的粒子相互作用。 剩下的兩個玻色子是Z和 W 。
請注意，粒子與另一個粒子相互作用的唯一方法是交換玻色子。這就是為什麼知道每個玻色子與之相互作用的粒子很重要的原因。比如，如果一個電子想要與上夸克相互作用，他們可以使用光子，Z或W，因為這些粒子與兩者相互作用，但它不能使用膠子，因為膠子不與電子相互作用。
接下來是費米子。他們自旋都是1/2。這些包括夸克和輕子。每種類型的費米子都有3代。從左到右第一代是正常的事物，更高的世代只是第一代更大規模的版本，並且所有更高代的輕子在很短的時間內衰退為第一代（中微子除外）。夸克有兩種類型稱為上和下。上夸克是第一排，包括u/c/t，下夸克是第二排，包括d/s/b。，粲（燦音）和頂與奇和底只是上下夸克的更大質量版本。它們具有完全相同的電荷自旋和相同的與玻色子的相互作用。
輕子也有兩種類型，所謂的「向上型輕子」排在第三排，它們包括電子e μ子τ子 ，像往常一樣，μ子τ子只是電子的更大質量版本。「向下型輕子」是中微子，在第四排。

μ子衰變成3粒粒子

 每種上型輕子都對應一種中微子，電子中微子，μ子中微子和τ子中微子。與其他粒子不同，我們並不真正知道中微子的質量。我們只知道它不是零，它非常小。我們也知道，與所有其他輕子一樣，較高世代比較低世代更大。

費米子也有一種稱為手性的屬性。標準模型中的所有費米子都有左手和右手版本，除了中微子，它們可能只有左手手性（我們仍然不確定）。相反手性的費米子表現不同，特別是 W 玻色子只與左手費米子相互作用。
希格斯玻色子，最右邊的一個，它實際上與所有具有質量的粒子相互作用，它是自旋為0的唯一已知粒子，因此它具有自己的類別。
如果您對哪些玻色子與哪些粒子相互作用感到困惑，下圖顯示了所有可能的相互作用。請注意，除光子外，所有玻色子都可以與它們自身相互作用。頂點（深橢圓）表示粒子的類型，邊（藍弧）表示它們之間的相互作用。多代粒子（輕子，夸克）共有一個橢圓形。連接到框的弧相當於連接到框中每個橢圓的弧，輕子和夸克是物質粒子; 光子，W / Z，膠子是力中介粒子; 希格斯玻色子放在中部。

粒子間的相互作用

反粒子，你可能想知道這個表中反粒子的位置。反粒子就是質量自旋相同，電荷相反。由於它們的屬性是相同的並且電荷只是一個減號，因此根本不需要單獨的表。例如，電子具有稱為正電子的反粒子，它們的區別是它的電荷是+1而不是-1 。上夸克有電荷+2/3 和顏色電荷+1紅色綠色或藍色。 它的反粒子具有電荷-2/3和顏色電荷-1紅色綠色或藍色。光子是它自己的反粒子，因為它沒有電荷或彩色電荷。中微子可能是他們自己的反粒子，也可能不是，它實際上仍然是一個懸而未決的問題，我們仍然對中微子了解多不。

粒子與反粒子

複合粒子，這些是由兩種或更多種基本顆粒組成的顆粒。最簡單的複合粒子稱為強子。比如重子，由三個夸克或三個反夸克組成，最重要的重子是構成原子核的質子和中子。或介子由夸克和反夸克組成。更複雜的複合粒子是原子和離子，它們通常由質子，中子和電子組成。這意味著構成所有我們熟悉的物質（包括我們自己的身體）的原子僅由第一代夸克和輕子構成：上夸克下夸克和電子。

這些複合顆粒的行為可以使用標準模型計算，但它們不是該模型中的基本成分。你可以嘗試用更高代夸克和輕子的組合製造原子，但這些原子不穩定，不會形成原子。只有第一代夸克和輕子是穩定的，可以形成原子。但是，你可以使用第一代反夸克製作一個反質子，再添加一個正電子，你就會得到一個反氫原子，這是在實驗室中實現的。

暗物質和超對稱粒子，這些粒子都是假設的，它們沒有通過實驗觀察到，我們不知道它們是否真的存在。標準模型的各種擴展中包含許多假設粒子，但模型本身僅包括上面列出的17個粒子，其存在已通過實驗驗證。

那麼引力子呢？重力與其他三種力非常不同。最顯著的差異之一是我們不知道如何使用我們用來描述標準模型的相同數學框架來描述引力，我們不能在標準模型中加入它，特別是引力子。這與超對稱粒子不同，我們不知道是否存在超對稱粒子，我們可以假設再通過實驗確定。對於引力子，它完全不同，我們清楚引力存在，如果可以量化，那麼根據定義，引力子也必須存在。他們不屬於標準模型的原因是數學上的，我們根本不知道如何量化它們。引力子是關於引力的許多理論和模型的一部分，引力子是旋轉為2的玻色子，但從未得到明確證實。