什么是基本粒子?
称为夸克的基本粒子有六种不同的味道。质子由两个上夸克和一个下夸克组成,中子包含两个下夸克和一个上夸克。
信用:迈克尔泰勒γ快门

基本粒子是已知的宇宙中最小的积木。他们被认为没有内部结构,这意味着研究人员认为它们是不占空间的零维点。电子可能是最熟悉的基本粒子,但是物理标准模型,它描述了粒子和几乎所有力的相互作用,识别出10个基本粒子。

电子是原子带负电荷的成分。虽然它们被认为是零维点粒子,电子被其他虚拟粒子云所包围,它们不断地在存在中或消失,它基本上是电子本身的一部分。一些理论预测电子有一个略正极和一个略负极,这意味着这些由虚拟粒子组成的云应该是不对称的。

如果是这样的话,电子的行为可能与它们的反物质加倍不同,正电子,有可能解释许多谜团关于物质和反物质.但是物理学家反复测量了一个电子的形状,发现它是完全圆的据他们所知,让他们无法回答反物质的难题。

电子有两个更重的表亲,称为μ介子和tau。当来自外层空间的高能宇宙射线产生μ介子时到达地球大气层的顶端,产生大量外来粒子。陶斯更稀有,更难生产,因为它们比电子重3400倍。中微子,电子,介子和τ构成一类称为轻子的基本粒子。

夸克,组成质子和中子,是另一种基本粒子。加上轻子,夸克构成了我们认为的物质。

从前,科学家认为原子最小的可能物体这个词来自希腊语“Atomos”,意思是“不可分割的”,大约在20世纪初,原子核由质子和中子组成。然后,在20世纪50年代和60年代,粒子加速器不断发现一批奇异的亚原子粒子,比如介子和介子。

1964,物理学家Murray Gell Mann和George Zweig独立提出了一个模型,可以解释质子的内部工作。中子和粒子动物园的其他部分,根据SLAC国家加速器实验室的历史报告在加利福尼亚。位于质子和中子内部的是称为夸克的微小粒子,进来的六种可能的类型或口味起来,下来,奇怪的,魅力,底部和顶部。

质子由两个上夸克和一个下夸克组成,而中子是由两个上下组成的。上下夸克是最轻的种类。因为更多的大颗粒倾向于衰变成更小的大颗粒,上下夸克也是宇宙中最常见的夸克;因此,我们所知道的大部分物质是由质子和中子组成的。

1977岁,物理学家在实验室里分离出六个夸克中的五个,下来,奇怪的,魅力和底部——但直到1995年,伊利诺伊州费米实验室的研究人员才发现最后一个夸克,顶部夸克。寻找希格斯玻色子的过程和后来寻找希格斯玻色子的过程一样激烈。顶夸克很难产生,因为它比上夸克重100万亿倍,这意味着在粒子加速器中需要更多的能量。

一张图表显示夸克通常如何符合我们对微小粒子的理解。
一张图表显示夸克通常如何符合我们对微小粒子的理解。
信用证:Udaix/Shutterstock

还有四种基本的自然力:电磁力,重力,以及强弱的核力量。每一个都有一个相关的基本粒子。

光子是最著名的;它们携带电磁力。胶子携带强大的核力,并与质子和中子内的夸克一起存在。弱力,介导某些核反应,由两个基本粒子携带,W和Z波色子。中微子,只感受到微弱的力量和重力,与这些胸部互动,因此,物理学家们能够首先利用中微子为他们的存在提供证据,根据欧洲核子研究所.

重力在这里是个局外人。它没有被纳入标准模型,尽管物理学家怀疑它可能有一个相关的基本粒子,它被称为引力子。如果存在重力子,也许可以在日内瓦的大型强子对撞机(LHC)上制造它们,瑞士但它们会迅速消失在额外的维度中,留下一个空旷的区域根据欧洲核子研究所.到目前为止,大型强子对撞机没有发现重力子或额外尺寸的证据。

模拟显示了在大型强子对撞机上两个质子碰撞时产生的希格斯玻色子。希格斯玻色子迅速衰变为四个μ介子,它是一种不被探测器吸收的重电子。μ介子的轨迹显示为黄色。
模拟显示了在大型强子对撞机上两个质子碰撞时产生的希格斯玻色子。希格斯玻色子迅速衰变为四个μ介子,它是一种不被探测器吸收的重电子。μ介子的轨迹显示为黄色。
学分:Lucas Taylor/CMS

最后,有希格斯玻色子,基本粒子之王,它负责给予所有其他粒子它们的质量。寻找希格斯粒子是科学家们努力完成标准模型目录的一项重大努力。当希格斯粒子终于发现了,2012,物理学家们很高兴,但结果也让他们陷入了困境。

希格斯粒子看起来很像我们预测的那样,但科学家们希望能有更多。已知标准模型不完整;例如,它缺乏对重力的描述,研究人员认为,找到希格斯粒子将有助于指出其他可以取代标准模型的理论。但到目前为止,他们空出来了在那次搜查中。

附加的资源