30分鐘搞懂物理世界的各種粒子
——靈遁者
其實在本書第三十五章，就是介紹物理世界的粒子。題目為《粒子世界的紛繁變化，讓我們目瞪口呆》。本章是第三十五章的延伸和補充內(nèi)容。是為了大家更全面，和從不同分析角度來認識物理世界的這些粒子。好多朋友，會被這些粒子弄的糊涂了。
在標(biāo)準模型理論里共61種基本粒子（見表）包含費米子及玻色子。費米子為擁有半奇數(shù)的自旋并遵守泡利不相容原理的粒子；玻色子則擁有整數(shù)自旋而并不遵守泡利不相容原理。簡單來說，費米子就是組成物質(zhì)的粒子，而玻色子則負責(zé)傳遞各種作用力。
62種基本粒子：
一、輕子 （12種）{輕子主要參與弱作用，帶電輕子也參與電磁作用，不參與強作用。}
01、電子。 02、正電子（電子的反粒子）
03、μ子。 04、反μ子
05、τ子。 06、反τ子
07、電子中微子。08、反電子中微子
09、μ子中微子。 10、反μ子中微子
11、τ子中微子。 12、反τ子中微子
二、夸克 （Quark，層子、虧子） (6味×3色×正反粒子=36種)
13、紅上夸克。14、反紅上夸克
15、綠上夸克。16、反綠上夸克
17、藍上夸克。18、反藍上夸克
19、紅下夸克。20、反紅下夸克
21、綠下夸克。22、反綠下夸克
23、藍下夸克。24、反藍下夸克
25、紅粲夸克。26、反紅粲夸克
27、綠粲夸克。28、反綠粲夸克
29、藍粲夸克。30、反藍粲夸克
31、紅奇夸克。32、反紅奇夸克
33、綠奇夸克。34、反綠奇夸克
35、藍奇夸克。36、反藍奇夸克
37、紅頂夸克。38、反紅頂夸克
39、綠頂夸克。40、反綠頂夸克
41、藍頂夸克。42、反藍頂夸克
43、紅底夸克。44、反紅底夸克
45、綠底夸克。46、反綠底夸克
47、藍底夸克。48、反藍底夸克
三、規(guī)范玻色子（規(guī)范傳播子） （14種）
49、引力型-中性膠子(Ⅰ型開弦) 上夸克-上夸克
50、引力型-中性膠子(Ⅰ型開弦) 反上夸克-反上夸克
51、磁力型-中性膠子(Ⅰ型閉弦) （反）下夸克-（反）下夸克
52、磁力型-中性膠子(Ⅰ型閉弦) 夸克-反夸克
53、陽電力型膠子 上夸克-下夸克
54、陰電力型膠子 上夸克-下夸克
55、陽電力型膠子 反上夸克-反下夸克
56、陰電力型膠子 反上夸克-反下夸克
57、光子（光量子）
58、引力子（還是一個假設(shè)）
59、W+玻色子
60、W-玻色子
61、Z玻色子
62、希格斯玻色子Higgs Boson
但細心的朋友會發(fā)現(xiàn)，這61種粒子里面，不包含我們經(jīng)常見到的粒子。比如中子，質(zhì)子，聲子，引力子，空穴子等等。為什么呢？就是我們這一章要講的。
比如說，我們經(jīng)常聽到“基本粒子”，那么什么是基本粒子？基本粒子是指人們認知的構(gòu)成物質(zhì)的最小或最基本的單位。即在不改變物質(zhì)屬性的前提下的最小體積物質(zhì)。
它是組成各種各樣物體的基礎(chǔ)，且并不會因為小而斷定它不是某種物質(zhì)。但在夸克理論提出后，人們認識到基本粒子也有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，故一般不提“基本粒子”這一說法。舉一個例子，前面的章節(jié)我們提到過電子。電子就是基本粒子。但現(xiàn)在有研究認為電子可以再分，即再分為：空穴子，軌道子，自旋子。所以從這個角度講，電子也不是基本粒子。這就是基本粒子的說法，不再嚴謹了。但還是會被經(jīng)常用到，所以要了解。
根據(jù)作用力的不同，基本粒子分為夸克、輕子和傳播子三大類。在量子場論的理論框架下，這些基本粒子作為點粒子來處理。
粒子可以從不同角度去區(qū)別和研究：
大小：基本粒子要比原子、分子小得多，現(xiàn)有最高倍的電子顯微鏡也不能觀察到。質(zhì)子、中子的大小，只有原子的十萬分之一。而輕子和夸克的尺寸更小，還不到質(zhì)子、中子的萬分之一。
質(zhì)量：粒子的質(zhì)量是粒子的另外一個主要特征量。按照粒子物理的規(guī)范理論，所有規(guī)范粒子的質(zhì)量為零。而規(guī)范不變性以某種方式被破壞了，使夸克、輕子、中間玻色子獲得質(zhì)量，即通過希格斯場，希格斯粒子獲得質(zhì)量?，F(xiàn)有的粒子質(zhì)量范圍很大。光子、膠子是無質(zhì)量的，引力子也被預(yù)言為無質(zhì)量的。電子質(zhì)量很小，質(zhì)量為9.10953×10-28克，π介子質(zhì)量為電子質(zhì)量的280倍；質(zhì)子、中子都很重，接近電子質(zhì)量的2000倍，已知最重的粒子是頂夸克。己發(fā)現(xiàn)的六種夸克，從下夸克到頂夸克，質(zhì)量從輕到重。中微子的質(zhì)量非常小，己測得的電子中微子的質(zhì)量為電子質(zhì)量的七萬分之一。
壽命：粒子的壽命是粒子的第三個主要特征量。電子、質(zhì)子、中微子是穩(wěn)定的，稱為 "長壽命"粒子；而其他絕大多數(shù)的粒子是不穩(wěn)定的，即可以衰變。一個自由的中子會衰變成一個質(zhì)子、一個電子和一個中微子； 一個π介子衰變成一個μ子和一個中微子。粒子的壽命以強度衰減到一半的時間來定義。
衰變有3種：α衰變、β衰變、γ衰變。質(zhì)子是最穩(wěn)定的粒子，理論認為質(zhì)子壽命大于10的33次方年。各位，這個數(shù)字其實比目前理論的宇宙年齡都大。
所有的基本粒子都是共振態(tài)，共振態(tài)的發(fā)現(xiàn)其實已經(jīng)揭開了基本粒子的秘密，即所有的基本粒子都是共振態(tài)．共振態(tài)分二類，一類是不穩(wěn)定的，如強子類；另一類是穩(wěn)定的，如電子，中子等，它門不容易發(fā)生自發(fā)衰變。不存在絕對穩(wěn)定的基本粒子，如電子在一定的條件下也會堙滅（與正電子相遇時）。產(chǎn)生基本粒子的外因是物質(zhì)波的交匯，交匯處形成波包．內(nèi)因是交匯處發(fā)生了共振，客觀表現(xiàn)為共振態(tài)－－即基本粒子的產(chǎn)生。
但隨著人們對于粒子物理規(guī)律認識的深入，共振態(tài)的觀念已經(jīng)變化。為避免不必要的含混，粒子物理學(xué)中把粒子分為兩類：穩(wěn)定粒子和共振態(tài)。凡是不能通過強相互作用衰變的粒子稱為穩(wěn)定粒子；凡是可通過強相互作用衰變的粒子稱為共振態(tài)。按這個理解，共振態(tài)一定是強子，可和穩(wěn)定粒子中的強子屬同一層次。共振態(tài)和穩(wěn)定粒子的區(qū)分在于衰變的相互作用機制不同，而不應(yīng)簡單地歸于壽命的長短。
對稱性：粒子與粒子之間具有對稱性。有一種粒子，必存在一種反粒子。1932年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個與電子質(zhì)量相同但帶一個正電荷的粒子，稱為正電子；后來又發(fā)現(xiàn)了一個帶負電、質(zhì)量與質(zhì)子完全相同的粒子，稱為反質(zhì)子；隨后各種反夸克和反輕子也相繼被發(fā)現(xiàn)。
一對正、反粒子相碰可以湮滅，變成攜帶能量的光子，即粒子質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?；反之，兩個高能粒子碰撞時有可能產(chǎn)生一對新的正、反粒子，即能量也可以轉(zhuǎn)變成具有質(zhì)量的粒子。
1932年，狄拉克關(guān)于正電子存在的預(yù)言被證實，1936年安德森因此獲得諾貝爾物理學(xué)獎。1955年塞格雷和錢伯林利用高能加速器發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子，他們因此獲1959年物理獎。第二年又有人發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子。1959年王淦昌等人發(fā)現(xiàn)了反西格瑪負超子。這些都為反物質(zhì)的存在提供了證據(jù)。萊因斯等利用大型反應(yīng)堆，經(jīng)過3年的努力，終于在1956年直接探測到鈾裂變過程中所產(chǎn)生的反中微子。他因此獲 1995年物理學(xué)獎?？傊恳环N粒子，都有它的反粒子。
自旋：粒子還有另一種屬性—自旋。自旋為半整數(shù)的粒子稱為費米子，為整數(shù)的稱為玻色子。首先對基本粒子提出自轉(zhuǎn)與相應(yīng)角動量概念的是1925年由 Ralph Kronig 、George Uhlenbeck 與 Samuel Goudsmit 三人所為。然而爾后在量子力學(xué)中，透過理論以及實驗驗證發(fā)現(xiàn)基本粒子可視為是不可分割的點粒子，是故物體自轉(zhuǎn)無法直接套用到自旋角動量上來，因此僅能將自旋視為一種內(nèi)在性質(zhì)，為粒子與生俱來帶有的一種角動量，并且其量值是量子化的，無法被改變（但自旋角動量的指向可以透過操作來改變）。
雙重屬性：微觀世界的粒子具有雙重屬性粒子性和波動性。描述粒子的粒子性和波動性的雙重屬性，以及粒子的產(chǎn)生和消滅過程的基本理論是量子場論。量子場論和規(guī)范理論十分成功地描述了粒子及其相互作用。
所以來說說他們的種類：
強子：強子就是所有參與強力作用的粒子的總稱。它們由夸克組成，已發(fā)現(xiàn)的夸克有六種，它們是：頂夸克、上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克和底夸克。其中理論預(yù)言頂夸克的存在，2007年1月30日發(fā)現(xiàn)于美國費米實驗室?，F(xiàn)有粒子中絕大部分是強子，質(zhì)子、中子、π介子等都屬于強子。另外還發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)，有著名的反夸克，現(xiàn)已被發(fā)現(xiàn)且正在研究其利用方法。奇怪的是夸克中有些竟然比質(zhì)子還重，這一問題還有待研究。
輕子：輕子就是只參與弱力、電磁力和引力作用，而不參與強相互作用的粒子的總稱。與玻色子和夸克不同。所有已知帶電輕子都可帶有一正電荷或一負電荷，似乎他們是粒子還是反粒子。
所有中微子和它們的反粒子都是電中性的。輕子共有六種，包括電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子。電子、μ子（渺子）、τ子（陶子，重輕子）三種帶一個單位負電荷的粒子，分別以e-、μ-、τ-表示，以及它們分別對應(yīng)的電子中微子、μ子中微子、τ子中微子三種不帶電的中微子，分別以ve、νμ、ντ表示。加上以上六種粒子各自的反粒子，共計12種輕子。(所有的中微子都不帶電，且所有的中微子都存在反粒子)。τ子是1975年發(fā)現(xiàn)的重要粒子，不參與強作用，屬于輕子，但是它的質(zhì)量很重，是電子的3600倍，質(zhì)子的1.8倍，因此又叫重輕子。
傳播子：傳播子也屬于基本粒子。傳遞強作用的膠子共有8種，1979年在三噴注現(xiàn)象中被間接發(fā)現(xiàn)，它們可以組成膠子球，由于色禁閉現(xiàn)象，至今無法直接觀測到。光子傳遞電磁相互作用，而傳遞弱作用的W+，W-和Z0，膠子則傳遞強相互作用。重矢量玻色子是1983年發(fā)現(xiàn)的，非常重，是質(zhì)子的80一90倍。
費米子：基本費米子分為 2 類。夸克和輕子
實驗顯示共存在6種夸克（quark），和他們各自的反粒子。這6種夸克又可分為3“代”。他們是
第一代：u（上夸克） d（下夸克）
第二代：s（奇異夸克） c（粲夸克）
第三代：b（底夸克） t（頂夸克）
另外值得指出的是，他們之所以未能被早期的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，原因是夸克決不會單獨存在（頂夸克例外，但是頂夸克太重了而衰變又太快，早期的實驗無法制造）。他們總是成對的構(gòu)成介子，或者3個一起構(gòu)成質(zhì)子和中子這一類的重子。這種現(xiàn)象稱為夸克禁閉理論。這就是為什么早期科學(xué)家誤以為介子和重子是基本粒子。
輕子，共存在6種輕子（lepton）和他們各自的反粒子。其中3種是電子和與它性質(zhì)相似的μ子和τ子。而這三種各有一個相伴的中微子。他們也可以分為三代：
第一代：e（電子） （電中微子）
第二代：（μ子） （μ中微子）
第三代：（τ子） （τ中微子）
玻色子（英語：boson） 是依隨玻色-愛因斯坦統(tǒng)計，自旋為整數(shù)的粒子。
這是一類在粒子之間起媒介作用、傳遞相互作用的粒子。之所以它們稱為“規(guī)范玻色子”，是因為它們與基本粒子的理論楊-米爾斯規(guī)范場理論有很密切的關(guān)系。
自然界一共存在四種相互作用，因此也可以把規(guī)范玻色子分成四類。
引力相互作用：引力子（graviton）
電磁相互作用：光子（photon）
弱相互作用（使原子衰變的相互作用）：W 及 Z 玻色子，共有3種。
強相互作用（夸克之間的相互作用）：膠子（gluon）。
所以光子和膠子也被稱為媒介子。倘若發(fā)現(xiàn)引力子，也會被歸為媒介子。
粒子物理學(xué)已經(jīng)證明電磁相互作用和弱相互作用來源于宇宙早期能量極高時的同一種相互作用，稱為“弱電相互作用”。有很多粒子物理學(xué)家猜想在更早期宇宙更高能量（普朗克尺度）時很可能這四種相互作用全都是統(tǒng)一的，這種理論稱為“大統(tǒng)一理論”。但是因為加速器能夠達到的能量相對普朗克尺度仍然非常的低，所以很難驗證而大統(tǒng)一理論主要的發(fā)展方向是超弦理論。
膠子是強相互作用的媒介子，帶有色與反色并由于色緊閉而從未被探測器觀察到過。不過，像單個的夸克一樣，它們產(chǎn)生強子噴注。在高能態(tài)環(huán)境下電子與正電子的湮沒有時產(chǎn)生三個噴注：一個夸克，一個反夸克和一個膠子是最先證明膠子存在的證據(jù)希格斯粒子。
希格斯粒子（Higgs）粒子物理學(xué)家們認為希格斯粒子與其他粒子的相互作用使其他粒子具有質(zhì)量。相互作用越強質(zhì)量就越大。希格斯粒子本身質(zhì)量極大，但加速器能量還無法達到，而理論的計算也比較困難。物理學(xué)家們于2012年7月發(fā)現(xiàn)了希格斯粒子。
標(biāo)準模型預(yù)言存在一種中性希格斯粒子：H。但是也有很多科學(xué)家提出其他的可能性。
基本粒子的結(jié)構(gòu)、相互作用和運動轉(zhuǎn)化規(guī)律的理論，它的理論體系就是量子場論。按照量子場論的觀點，每一類型的粒子都由相應(yīng)的量子場描述，粒子之間的相互作用就是這些量子場之間的耦合，而這種相互作用是由規(guī)范場量子傳遞的。
20世紀30年代以來，基本粒子理論在實驗的基礎(chǔ)上有了很大進展。在粒子結(jié)構(gòu)方面，人們已經(jīng)通過對稱性的研究深入到了一個層次，肯定了強子是由層子和反層子組成的，對真空特別是對真空自發(fā)破缺也有了新的認識。在相互作用方面，發(fā)展了可描述電磁相互作用的量子電動力學(xué)，發(fā)展了能統(tǒng)一描述弱相互作用和電磁相互作用的弱電統(tǒng)一理論，可用于描述強相互作用的量子色動力學(xué)。它們無一例外都是量子規(guī)范場理論，并且都在很大程度上與實驗一致，從而使人們對各種相互作用的規(guī)律性有了更深一層的了解。
基本粒子理論在本質(zhì)上是一個發(fā)展中的理論，它在許多方面還不能令人滿意。其中有兩個具有哲學(xué)意義的理論問題尚待澄清，即：層次結(jié)構(gòu)問題（見物質(zhì)結(jié)構(gòu)層次）和相互作用統(tǒng)一問題(見相互作用的統(tǒng)一理論)。
在物質(zhì)結(jié)構(gòu)的原子層次上，可以把原子中的電子和原子核分割開來；在原子核層次上，也可以把組成原子核的質(zhì)子和中子從原子核中分割出來。可是進入到"基本粒子"層次后，情況有了變化。這種變化在于強子雖然是由帶"色"的層子和反層子組成的，但卻不能把層子或反層子從強子中分割出來。這種現(xiàn)象被稱為"色"禁閉。于是，在"基本粒子"層次，物質(zhì)可分的概念增添了新的內(nèi)容?？煞植⒉坏扔诳煞指睿瑥娮右詫幼雍头磳幼幼鳛榻M分，但卻不能從強子中分割出層子和反層子。"色"禁閉現(xiàn)象的原因至今還未能從理論上找到明確答案。80年代已知的層子、反層子已達36種，輕子、反輕子已達12種，再加上作為力的傳遞者的規(guī)范場粒子以及 Higgs粒子，總數(shù)已很多，這就使人們?nèi)ピO(shè)想這些粒子的結(jié)構(gòu)。物理學(xué)家們對此已經(jīng)給出許多理論模型，但各模型之間差別很大，還很難由實驗驗證和判斷究竟哪個模型正確。
基本粒子的概念也在隨著物理學(xué)的發(fā)展而不斷的變化著，人們的認識也在朝著揭示微觀世界的更深層次不斷地深入。
“基本粒子”的“祖孫”三代
從湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子到1932年發(fā)現(xiàn)中子，人們認識到質(zhì)子、中子、電子和光子可以稱為基本粒子。當(dāng)時一度認為一切都已搞清楚：質(zhì)子和中子構(gòu)成一切原子核；原子核和電子則構(gòu)造了自然界的一切原子和分子，而光子僅僅是構(gòu)成光與電磁波的最小單元。然而好景不長，對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的這樣一種“圓滿”的解釋并沒能持續(xù)多久，人們很快發(fā)覺當(dāng)時所發(fā)現(xiàn)的基本粒子不能圓滿地解釋核力。所以研究不斷深入，發(fā)現(xiàn)了更多的粒子?？偣灿腥?。
第一代：日本物理學(xué)家湯川秀樹（1907～1981年）大膽假設(shè)，很可能還有未曾發(fā)現(xiàn)的新粒子。湯川秀樹認為，就像電磁相互作用是通過交換光子而實現(xiàn)的那樣，核力是通過核子間交換一種介子而實現(xiàn)的。他還估算出了這種粒子的質(zhì)量大約是電子質(zhì)量的200倍。兩年之后，美國物理學(xué)家卡爾·戴維·安德孫（1905～年）在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了一種帶電粒子，它的質(zhì)量是電子的200倍左右，被命名為“m（繆）介子”。理論預(yù)言的成功使人們倍感欣慰，但進一步的考察卻令人十分掃興。因為這種m介子根本不與核子相互作用，很明顯，它不可能是湯川秀樹所預(yù)言的粒子。
1947年，巴西物理學(xué)家塞色，M·G·拉帝斯等人利用核乳膠在宇宙射線中又發(fā)現(xiàn)了一種介子——p介子。p介子的性質(zhì)完全符合湯川秀樹的預(yù)言，能夠解釋核力。實際上，“m介子”不是介子而是一種輕子，所以將m介子稱為“m 子”。到1947年，人們認識的粒子已達14種之多。其中包括當(dāng)時已發(fā)現(xiàn)的光子(g),正負電子（e±),正負m 子（m ±)，三種p介子（p±，p0），質(zhì)子（p）和中子（n）10種；另外4種就是1956年在實驗室中被發(fā)現(xiàn)的正反電子中微子、反質(zhì)子和反中子。
這14種粒子各有用武之地，其中質(zhì)子、中子和電子構(gòu)成一切穩(wěn)定的物質(zhì)；光子是電磁力的傳遞者，p介子傳遞核力，中微子在b衰變中扮演不可缺少的角色（b衰變是原子核自發(fā)地放射出電子或正電子，或者俘獲原子內(nèi)電子軌道上的一個電子，而發(fā)生的轉(zhuǎn)變）；而m子則在宇宙射線中出現(xiàn)。以上這些就構(gòu)成了第一代粒子。
第二代：穩(wěn)定的秩序似乎并沒有維持多久，“完滿”的舊理論很快就被一系列新的疑問所沖破。在發(fā)現(xiàn)p介子的1947年，人們利用宇宙射線在云室中拍下了兩張有V字形徑跡的照片，衰變產(chǎn)物是p±介子和質(zhì)子（p）。這兩種徑跡不能用任何當(dāng)時已發(fā)現(xiàn)的第一代粒子來解釋，于是人們很自然的想到，這一定是兩種未發(fā)現(xiàn)的粒子衰變所形成的。在之后的幾年里，人們拍攝了十多萬張宇宙射線照片，終于發(fā)現(xiàn)了這兩種不帶電的新粒子。其中一個質(zhì)量為電子質(zhì)量的1000倍，被叫做“k0介子”；另一個約為電子質(zhì)量的2200倍，稱為 l粒子（讀“蘭布塔”）。我們稱它們?yōu)榈诙Ｗ樱@是因為它們有兩個明顯的特點：(1) 產(chǎn)生快，衰變慢；(2) 成對（協(xié)同）產(chǎn)生，單個衰變。這些特點用過去的理論是無法解釋的，所以又稱它們?yōu)椤捌娈惲Ｗ印薄?/strong>
為了對這些奇異粒子進行定量研究，光靠宇宙射線是不夠的。50 年代初，一些大型加速器陸續(xù)建成，使人們有可能利用加速器所加速的粒子來轟擊原子核，以研究奇異粒子。
到1964年人們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一批奇異粒子，使人們發(fā)現(xiàn)的粒子種類達到了33種。這些奇異粒子統(tǒng)稱為“第二代粒子”。
第三代：如果我們把已發(fā)現(xiàn)的30多種粒子按它們的穩(wěn)定程度來分類，那么其中有的粒子是穩(wěn)定的，例如質(zhì)子、電子等；有的粒子卻要自發(fā)地衰變成其它粒子，例如m±、p±、π0、k0、λ0等。它們衰變的時間一般在10-20 ～10-16秒或大于10-10秒，分別屬于電磁作用衰變和弱作用衰變。
到了60年代，由于加速器的能量逐步提高和高能探測器的迅速發(fā)展，在實驗上也發(fā)現(xiàn)了衰變時間在10-24～10-23秒范圍的快衰變粒子，其衰變屬強作用衰變。這些粒子被稱為“共振態(tài)粒子”，也稱“第三代粒子”。由于它們的出現(xiàn)，使粒子種類猛增到上百。
粒子之間存在著相互作用，有強相互作用、電磁相互作用、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。通過這些相互作用，產(chǎn)生新粒子或發(fā)生粒子衰變等粒子轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。按照參與相互作用的性質(zhì)將粒子分成以下幾類：①規(guī)范粒子。即傳遞相互作用的媒介粒子，已發(fā)現(xiàn)的有傳遞電磁作用的光子和傳遞弱作用的W、Z粒子。
②輕子。不直接參與強作用可直接參與電磁作用和弱作用的粒子，已發(fā)現(xiàn)的有電子、μ子、τ子和相伴的電子中微子ve、μ子中微子、τ子中微子及它們的反粒子共12種。
③強子。直接參與強作用，也參與電磁作用和弱作用的粒子。其中自旋為整數(shù)的強子稱為介子，自旋為半整數(shù)的強子稱為重子。強子的數(shù)目眾多，其中大部分是通過強作用衰變的粒子，其壽命極短，是不穩(wěn)定的粒子，就是上面提到的共振態(tài)。
各種粒子分別有各自的內(nèi)稟性質(zhì)，在上面已經(jīng)說明了一些。有粒子的質(zhì)量m（靜質(zhì)量，以能量表示）、壽命τ（平均壽命，指靜止系的平均壽命）、電荷Q（以質(zhì)子的電荷為單位）、自旋J（以為單位）、宇稱P、同位旋I、同位旋第3分量I3、重子數(shù)B、輕子數(shù)Le、、Lr、奇異數(shù)S、粲數(shù)C 、底數(shù)d等等。所以其實關(guān)于粒子的認識要深入是非常復(fù)雜的。
在現(xiàn)有實驗的精度下，輕子的行為類似點粒子，沒有顯示出具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而強子顯示是復(fù)合粒子，具有一定的結(jié)構(gòu)。按照現(xiàn)代粒子物理的觀點，介子由一對正反夸克構(gòu)成，重子由3個夸克構(gòu)成，輕子和夸克屬于同一層次。
介子是自旋為整數(shù)、重子數(shù)為零的強子，參與強相互作用。介子類包括帶正負電的以及中性的π介子，帶正負電的以及中性的κ介子，和發(fā)現(xiàn)的η介子。介子的靜態(tài)質(zhì)量介于輕子和重子之間，所以取名為介子，介子的自旋量子數(shù)為零。
寫道這里，我給大家做一個總結(jié)：物理世界目前發(fā)現(xiàn)的粒子，總數(shù)量已經(jīng)超過400了。所以遠遠多于標(biāo)準模型所列出的61中基本粒子?，F(xiàn)在基本粒子的提法也不嚴謹了。但我們還是按照物理學(xué)發(fā)展的體系來給大家總結(jié)。
先說基本粒子，基本粒子一般分為兩大類：費米子和玻色子。是根據(jù)自旋性質(zhì)來劃分。所有粒子，包含復(fù)合粒子也可以根據(jù)這個性質(zhì)劃分。
費米子呢，又可以分為兩大類：夸克和輕子。而這 2 類基本費米子，又分為合共 24 種味 (flavour)：12 種夸克：包括上夸克 (u)、下夸克 (d)、奇夸克 (s)、粲夸克 (c)、底夸克 (b)、頂夸克 (t)，及它們對應(yīng)的 6 種反粒子。 12 種輕子：包括電子 (e)、渺子 (μ)、陶子 (τ)、中微子νe、中微子νμ、中微子ντ，及對應(yīng)的 6 種反粒子，包括 3 種反中微子。中子、質(zhì)子：都是由三種夸克組成，自旋為1/2?？淇耍荷峡淇?(u)、下夸克 (d)、奇夸克 (s)、粲(càn)夸克 (c)、底夸克 (b)、頂夸克 (t)，及它們對應(yīng)的 6 種反粒子。
輕子（lepton）是指不參與強相互作用的自旋為 ?/2 的費米子。輕子包括電子、μ子、τ粒子和與之相應(yīng)的中微子（νe、νμ和ντ以及它們的反粒子）。電子e－、μ－和τ－粒子的質(zhì)量分別為0.51兆電子伏、105.66兆電子伏和1,776.99兆電子伏，它們都帶有一個單位的負電荷。它們的反粒子e+、μ+和τ+帶有一個單位的正電荷。中微子及其反粒子不帶電，是中性粒子，近年來實驗結(jié)果表明中微子具有非零的靜質(zhì)量。
輕子家族的粒子有六種味,它們具有以下兩個重要性質(zhì)：
(1)輕子不參與強力的相互作用,只受電磁力和弱力的影響;
(2)輕子數(shù)守恒,即輕子只能以粒子反粒子成對地產(chǎn)生或湮滅,總的輕子數(shù)(輕子數(shù)目減去反輕子數(shù)目)在已知的一切物理過程中保持不變。輕子參與的所有弱相互作用和電磁相互作用過程中，發(fā)現(xiàn)存在一個守恒的量子數(shù)，稱為輕子數(shù)。電子e－、μ－和τ－粒子的輕子數(shù)為+1，相應(yīng)的反粒子的輕子數(shù)為－1。對所有的反應(yīng)過程，輕子數(shù)的代數(shù)和在反應(yīng)前后不變，并且電子輕子數(shù)、μ子輕子數(shù)和τ子輕子數(shù)也分別保持不變。與電荷守恒不同，電荷守恒與電磁相互作用相聯(lián)系，而輕子數(shù)守恒沒有已知的相互作用為根據(jù)，只是實驗上發(fā)現(xiàn)它總是守恒。
已知的六種味的輕子成對出現(xiàn),每一對包括一種荷電輕子和一種被稱為中微子的中性輕子。
再說玻色子。玻色子是遵循玻色-愛因斯坦統(tǒng)計，自旋量子數(shù)為整數(shù)（0，1，……）的粒子，比如介子、氘核、氦-4等復(fù)合粒子以及希格斯粒子、光子、膠子、和Z等基本粒子。玻色子不遵守泡利不相容原理，在低溫時可以發(fā)生玻色-愛因斯坦凝聚。
按照結(jié)構(gòu)，可以分成基本粒子和復(fù)合粒子?；静Ｉ佑袀鬟f基本相互作用的膠子、光子、Z、引力子以及給其他基本粒子提供質(zhì)量的希格斯粒子。復(fù)合玻色子由偶數(shù)個費米子組成，常見的有介子、氘核、氦-4等。按照自旋和宇稱量子數(shù)，可以分成標(biāo)量、贗標(biāo)量、矢量和軸矢量粒子等。膠子-強相互作用的媒介粒子，質(zhì)量為零，電中性，自旋量子數(shù)為1，有8種。
光子-電磁相互作用的媒介粒子，質(zhì)量為零，電中性，自旋量子數(shù)為1，只有1種。
Z 玻色子-弱相互作用的媒介粒子，自旋量子數(shù)為1。W玻色子有兩個，分別帶正、負一個電子電量，質(zhì)量約為80.4GeV。Z玻色子有一個，不帶電，質(zhì)量約為91.2GeV。
引力子-量子引力理論中傳遞引力相互作用的媒介粒子，質(zhì)量為零，電中性，自旋量子數(shù)為2，只有1種，尚未被發(fā)現(xiàn)。
希格斯玻色子（Higgs boson）- 又稱為“上帝粒子”，在GSW電弱統(tǒng)一理論中引起規(guī)范對稱性自發(fā)破缺并給其他基本粒子提供質(zhì)量的自旋量子數(shù)為0的基本粒子，質(zhì)量約為125GeV。2012年7月被歐洲核子中心（CERN）的大型強子對撞機（LHC）實驗發(fā)現(xiàn)。介子- 由一個正夸克和一個反夸克組成的強子，常見的有π、ρ、K等。
氘核、氦-4等由偶數(shù)個核子組成的原子核。因為質(zhì)子和中子都是費米子，故含偶數(shù)個核子的原子核是自旋為整數(shù)的玻色子。
接下來就要說到數(shù)量眾多的復(fù)合粒子。復(fù)合粒子顧名思義，就是它是可以再分的粒子。不能作為點粒子。復(fù)合粒子主要是強子族粒子。包括重子，核子，超子。比如質(zhì)子，反質(zhì)子，中子，反中子，Δ粒子等，都是復(fù)合粒子。很多復(fù)合粒子是由夸克組合形成的。比如Λ粒子，Σ粒子，Ξ粒子，Ω粒子。
簡單介紹一下。重子這一名詞是指由三個夸克（或者三個反夸克組成反重子）組成的復(fù)合粒子。在這理論中它是強子的一類。值得注意的是，因為重子屬于復(fù)合粒子，所以不是基本粒子。最常見的重子有組成日常物質(zhì)原子核的質(zhì)子和中子，與反質(zhì)子、反中子合稱為核子。重子與由一個夸克和一個反夸克組成的介子一起被合稱為強子。強子是所有強相互作用的粒子的總稱。
核子是質(zhì)子、反質(zhì)子、中子與反中子的總稱，是組成原子核的粒子。它由夸克和膠子組成，屬于重子。
超子是一群次原子粒子的分類，所有的超子都是重子和費米子。因此它們的自旋都是半奇數(shù)，而且都遵守數(shù)費米-狄拉克統(tǒng)計，他們的半衰期介于1到10秒之間。最早關(guān)于超子的研究是開始於1950年代，而到今天歐洲核子研究組織、費米國立加速器實驗室、史丹佛直線加速器、布克海文國家實驗室等都有在研究。
復(fù)合粒子還包含介子，其他粒子。其他粒子，在這里指原子核，奇異粒子等。
再來說說一下準粒子。準粒子的概念也經(jīng)常聽到。準粒子一般包含聲子，激子，等離子子，電磁極化子，極子，磁振子等。準粒子一般是概念粒子，就是認為規(guī)定的粒子，本身是不存的。
比如說聲子，一般指的是晶格體的振動量子化描述。聲子（Phonon）是一種非真實的準粒子，是用來描述晶體原子熱振動——晶格振動規(guī)律的一種能量量子，它的能量等于?ωq。
激子：在半導(dǎo)體中，如果一個電子從滿的價帶激發(fā)到空的導(dǎo)帶上去，則在價帶內(nèi)產(chǎn)生一個空穴，而在導(dǎo)帶內(nèi)產(chǎn)生一個電子，從而形成一個電子-空穴對?？昭◣д姡娮訋ж撾?，它們之間的庫侖互相吸引作用在一定的條件下會使它們在空間上束縛在一起，這樣形成的結(jié)合體稱為激子。
極子的基本概念：極子即是具體的、又是抽象的，它是一個物的單位。從宏觀看銀河系、太陽系、地球等都是極子；從微觀看分子、原子、電子、光子等都是極子；地球上的每件物體、每個生物都是極子。它們都是具有一定形狀、一定體積、一定質(zhì)量的物，這是極子的具體性表現(xiàn)。每個極子的外圍部分是長短不一的極子線體，有的看得見，有的看不見，起吸引作用的都是無形的。它們確確實實地存在著，目前人類對它的認識還不夠深刻，所以極子具有一定的抽象性。
好了，關(guān)于粒子就補充介紹這么多內(nèi)容，其實已經(jīng)夠多了。而且比較枯燥，看了又容易忘。不過看了，你會形成一個印象。那就是這個世界真的好精彩。而且就像我在科普書籍《變化》中寫的：其大無外，其小無內(nèi)。任何一個粒子，都是抽象的。因為我們不能把它們放在手里端詳，很多時候，我們在用想象力去觀察它們的。進入一個小小的粒子，我們可以進入一個極大的世界。
就像一扇門很小，但進入這扇門，你發(fā)現(xiàn)一個更大的世界。同樣從一個無比大的世界里，你進入了一個小的空間。但你永遠在這個空間里。好像是循環(huán)無限的空間，能量就這樣彼此交互著，所以才會有混沌理論，微擾理論等等。
我不聰明，我也不夠勤奮，我其實和你們一樣，我希望我聰明，我勤奮。我懂一些前輩們研究的成果。知道這兩個字無比重要，只有知道了，你才會有下一步行動。不知道，就永遠不知道路的方向。這對人類來說，不重要嗎？
所以科普的目的，是讓我了解更多?？破盏哪康?，是讓你了解更多。這樣，我們就會了解更多。了解更多，人生更精彩。
摘自獨立學(xué)者，科普作家靈遁者量子力學(xué)書籍《見微知著》
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