之间夸克和费米子相似
夸克和费米子有(在联盟百科)21共同点: 基本粒子,原子核,反粒子,奇夸克,上夸克,中子,下夸克,底夸克,玻色子,粲夸克,粒子物理學,电子,頂夸克,質子,輕子,重子,重子数,量子场论,自旋,自旋統計定理,泡利不相容原理。
基本粒子
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 。随著物理学的不断发展,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。目前在标準模型理论的架构下,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。过去原子被认為是基本粒子,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,一些物理学家认為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。随著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。.
原子核
原子核(德语:Atomkern,英语:Atomic nucleus)是原子的组成部分,位于原子的中央,占有原子的大部分质量。組成原子核的有中子和質子。当周围有和其中质子等量的电子围绕时,构成的是原子。原子核極其渺小,如果将原子比作一座大廈,那麼原子核只有大廈裡的一張桌子那麼大。.
反粒子
反粒子是相对于正常粒子而言的,它们的质量、寿命、自旋都与正常粒子相同,但是所有的内部相加性量子数(比如电荷、重子数、奇异数等)都与正常粒子大小相同、符号相反。有一些粒子的所有内部相加性量子数都为0,这样的粒子叫做纯中性粒子,反粒子就是它本身,比如光子、π0介子等。并不是粒子物理学中的每种粒子都有这种意义上的反粒子,中微子就没有反粒子,反微中子的定义与此不同。 反粒子的概念首先是1928年由英国物理学家狄拉克在他的空穴理论中提出的。1932年在宇宙射线中发现了正电子,证实了狄拉克的预言。1956年美国物理学家歐文·張伯倫(Owen Chamberlain)在劳伦斯-伯克利国家实验室发现了反质子。进一步的研究发现,狄拉克的空穴理论对玻色子不适用,因而不能解释所有的粒子和反粒子。根据量子场论,粒子被看作是场的激发态,而反粒子就是这种激发态对应的复共轭激发态。 如果反粒子按照通常粒子那样结合起来就形成了反原子。由反原子构成的物质就是反物质。.
奇夸克
奇夸克(Strange quark)是基本粒子的一種,它屬於費米子,在夸克裡是第四重的,質量介於80到130 MeV/c2之間,它的電荷是-(1/3),奇異數為−1,自旋為½。奇夸克曾在1947年跟k介子發現,但當時只辨認出k介子而沒認出奇夸克,是直到1964年默里·蓋爾曼和喬治·茨威格建立夸克模型後才被確認。 Category:夸克.
上夸克
在所有種類的夸克中,上夸克(Up quark)的質量最小,裸質量約為1.8–。上夸克是第一代夸克, 是自旋為的費米子。帶有電荷+ e。根據粒子物理學的標準模型理論,上夸克與下夸克是構成核子的基本粒子,質子擁有兩個上夸克和一個下夸克,而中子則有一個上夸克和兩個下夸克。上夸克參與所有四種基本相互作用:引力相互作用、電磁相互作用、弱相互作用與強相互作用。上夸克的反粒子為反上夸克。 1964年,默里·蓋爾曼 及喬治·茨威格首先提出上夸克的存在,目的是在解釋強子的八重道分類系統。1967年,透過在史丹佛直線加速器進行的,首度證實了上夸克存在。.
中子
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下夸克
下夸克(down quark)為第一代粒子,電荷為-(1/3)e ,是第二輕的夸克,質量並不是很確定,大約4-8MeV。根據標準模型理論它跟上夸克是組成核子的基本粒子;質子是由一個下夸克跟兩個上夸克組成,則中子是個兩下夸克跟個一上夸克組成(但核子的質量主要來源不是上、下夸克,而是把它們綑綁在一起的膠子。) Category:夸克.
底夸克
底夸克是帶有電荷− e的 第三代夸克,又稱為美夸克。雖然量子色動力學描述每一種夸克的方法都很類似,由於底夸克帶有很大的(約為,稍微多過質子質量的四倍),而且CKM矩陣的元素Vub與Vcb的數值很小,因此底夸克擁有獨特的標籤。當做實驗時,使用一種稱為的技術,可以很容易地辨識出它的蹤跡。由於CP破壞涉及到三代的夸克,因此研究CP破壞比較合適使用的粒子是含有底夸克的介子。BaBar实验、Belle實驗與LHCb實驗都正在進行這類實驗。 幾乎所有頂夸克的衰變都會產生底夸克,希格斯玻色子的衰變也常會產生底夸克。1973年,為了解釋CP破壞,物理學者 小林誠與益川敏英預言底夸克的存在。 在1975年將這粒子命名為底夸克。費米實驗室的利昂·萊德曼研究團隊於1977年做通過粒子碰撞實驗製成 底夸克偶素,從而發現底夸克。 由於「发现对称性破缺的来源,并预测了至少三大类夸克在自然界中的存在」,小林誠與益川敏英榮獲2008年諾貝爾物理學獎。 有一些學者稱底夸克為「美夸克」,但至今為止,「底夸克」仍舊是最常用的名稱。 通過弱相對作用,底夸克可以衰變為上夸克或粲夸克。這類衰變被CKM矩陣所抑制(Vub.
玻色子
在量子力學裡,粒子可以分為玻色子(boson)與費米子。Carroll, Sean (2007) Dark Matter, Dark Energy: The Dark Side of the Universe, Guidebook Part 2 p. 43, The Teaching Company, ISBN 978-1-59803-350-2 "...boson: A force-carrying particle, as opposed to a matter particle (fermion).
粲夸克
粲夸克(Charm quark)属于基本粒子标准模型中的六类夸克(上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、顶夸克、底夸克)之一,符号为c。其反粒子称为反粲夸克。 粲夸克在夸克里第三重,质量为1.25GeV左右(比质子稍微重一点),电荷为(2/3)e,自旋1/2。粲夸克是由在1970年由谢尔登·格拉肖和李尔普罗斯和卢西恩·梅安尼预测,而粲夸克和它的反粒子可以构成J/ψ介子,J/ψ介子在1974年由布鲁克海文国家实验室的丁肇中和斯坦福线形加速器中心的伯顿·里克特分别独立发现的。这在粒子物理历史上称为“十一月革命”。 Category:夸克.
粒子物理學
粒子物理学是研究组成物质和射线的基本粒子以及它们之间相互作用的一個物理学分支。由于许多基本粒子在大自然的一般条件下不存在或不单独出现,物理学家只有使用粒子加速器在高能相撞的条件下才能生产和研究它们,因此粒子物理学也被称为高能物理学。.
电子
电子(electron)是一种带有负电的次原子粒子,通常标记为 e^- \,\!。電子屬於轻子类,以重力、電磁力和弱核力與其它粒子相互作用。轻子是构成物质的基本粒子之一,无法被分解为更小的粒子。电子带有1/2自旋,是一种费米子。因此,根據泡利不相容原理,任何兩個電子都不能處於同樣的狀態。电子的反粒子是正电子(又称正子),其质量、自旋、帶电量大小都与电子相同,但是电量正負性与电子相反。電子與正子會因碰撞而互相湮滅,在這過程中,生成一對以上的光子。 由电子與中子、质子所组成的原子,是物质的基本单位。相对于中子和质子所組成的原子核,电子的质量显得极小。质子的质量大约是电子质量的1836倍。当原子的电子数与质子数不等时,原子会带电;称該帶電原子为离子。当原子得到额外的电子时,它带有负电,叫阴离子,失去电子时,它带有正电,叫阳离子。若物体带有的电子多于或少于原子核的电量,导致正负电量不平衡时,称该物体带静电。当正负电量平衡时,称物体的电性为电中性。靜電在日常生活中有很多用途,例如,靜電油漆系統能夠將或聚氨酯漆,均勻地噴灑於物品表面。 電子與質子之間的吸引性庫侖力,使得電子被束縛於原子,稱此電子為束縛電子。兩個以上的原子,會交換或分享它們的束縛電子,這是化學鍵的主要成因。当电子脱离原子核的束缚,能够自由移动时,則改稱此電子为自由电子。许多自由电子一起移动所产生的净流动现象称为电流。在許多物理現象裏,像電傳導、磁性或熱傳導,電子都扮演了機要的角色。移動的電子會產生磁場,也會被外磁場偏轉。呈加速度運動的電子會發射電磁輻射。 根據大爆炸理論,宇宙現存的電子大部份都是生成於大爆炸事件。但也有一小部份是因為放射性物質的β衰變或高能量碰撞而生成的。例如,當宇宙線進入大氣層時遇到的碰撞。在另一方面,許多電子會因為與正子相碰撞而互相湮滅,或者,會在恆星內部製造新原子核的恆星核合成過程中被吸收。 在實驗室裏,精密的尖端儀器,像四極離子阱,可以長時間局限電子,以供觀察和測量。大型托卡馬克設施,像国际热核聚变实验反应堆,藉著局限電子和離子電漿,來實現受控核融合。無線電望遠鏡可以用來偵測外太空的電子電漿。 電子被广泛應用于電子束焊接、陰極射線管、電子顯微鏡、放射線治療、激光和粒子加速器等领域。.
頂夸克
顶夸克是目前发现最重的夸克,其质量为173.1±1.3GeV/c2,质子的质量也不过938MeV 。和其他夸克一样,顶夸克属于费米子,具有的自旋,带有+电荷。 顶夸克的反粒子被称为反顶夸克,两者质量相同。顶夸克通过强作用力同其他基本粒子相作用,通过弱力衰变为W玻色子和底夸克,有时也会衰变为奇夸克。顶夸克可以衰变为下夸克,但这种情况非常罕见。根据标准模型的预测顶夸克的寿命仅为5×10-25s。 不过顶夸克极短的寿命使得其来不及在强相互作用力的影响下形成强子,这给科学们提供了一个观测独立夸克的机会。顶夸克的存在在某种程度上也为日后发现希格斯子提供了理论上的可能性。.
質子
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輕子
輕子(Lepton)是一種不参與强相互作用、自旋为1/2的基本粒子。電子是最為人知的一種輕子;大部分化學領域都會涉及到與電子的相互作用,原子不能沒有它,所有化學性質都直接與它有關。輕子又分為兩類:「帶電輕子」與「中性輕子」。帶電輕子包括電子、緲子、陶子,可以與其它粒子組合成複合粒子,例如原子、電子偶素等等。 在所有帶電輕子中,電子的質量最輕,也是宇宙中最穩定、最常見的輕子;質量較重的緲子與陶子會很快地衰變成電子,緲子與陶子必須經過高能量碰撞製成,例如使用粒子加速器或在宇宙線探測實驗。中性輕子包括電中微子、緲中微子、陶中微子;它們很少與任何粒子相互作用,很難被觀測到。 輕子一共有六種風味,形成三個世代。 第一代是電輕子,包括電子()與電中微子 ()。第二代是緲輕子,包括緲子()與緲中微子 ()。第三代是陶輕子,包括陶子()與陶中微子()。 輕子擁有很多內秉性質,包括電荷、自旋、質量等等。輕子與夸克有一點很不相同:輕子不會感受到強作用力。輕子會感受到其它三種基礎力:引力、弱作用力、電磁力。但是,由於中微子的電性是中性,中微子不會感受到電磁力。每一種輕子風味都有其對應的反粒子,稱為「反輕子」。帶電輕子與對應的反輕子唯一不同之處是帶有電荷的正負號相反。根據某些理論,中微子是自己的反粒子,但這論點尚未被證實。 在標準模型裏,輕子扮演重要角色,電子是原子的成分之一,與質子、中子共同組成原子。在某些被合成的奇異原子裏,電子被更換為緲子或陶子。像電子偶素一類的輕子-反輕子粒子也可以被合成。.
重子
重子(Baryon)是一個現代粒子物理學名詞,在標準模型理論中,「重子」這一名詞是指由三个夸克(或者三个反夸克组成的「反重子」)组成的複合粒子。在這理論中它是強子的一類。值得注意的是,因為重子屬於複合粒子,所以「不是」基本粒子。最常见的重子有組成日常物質原子核的质子和中子,合称为核子。其它重子中,有比这两種粒子更重的粒子,所谓的超子。重子这个称呼是指其质量相对重于轻子和介于两者之间的介子起的。 重子是强相互作用的费米子,也就是说它们遵守费米-狄拉克统计和泡利不相容原理,它们通过组成它们的夸克参加强相互作用。同时它们也参加弱相互作用和引力。带电荷的重子也参加电磁力作用。 重子与由一个夸克和一个反夸克组成的介子一起被合称为强子。强子是所有强相互作用的粒子的总称。 质子是唯一独立稳定的重子。中子假如不与其它中子或者质子一起组成原子核的话就不會稳定,並產生衰变。.
重子数
重子数是粒子物理学中定义的一个量子数,常用 B 来表示。规定重子的重子数为 +1,反重子的重子数为 -1,其他粒子如轻子、介子、规范玻色子的重子数为 0。 根据夸克禁闭,组成粒子的夸克的色荷总和必须为零(即白色)。正常强子实现色荷为白色有三种方式:.
量子场论
在理論物理學中,量子场论(Quantum field theory)是由量子力學和狹義相對論互相融合後的物理理論。已被廣泛的應用在粒子物理學和凝聚體物理學中。量子場論為描述多自由度系統,尤其是包含粒子產生和湮滅過程的過程,提供了有效的描述框架。非相對論性的量子場論又稱量子多體理論,主要被應用於凝聚體物理學,比如描述超導性的BCS理論。而相對論性的量子場論則是粒子物理學不可或缺的組成部分。自然界中人類目前所知的基本相互作用有四種:強相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和引力。除去引力的話,另外三種相互作用都已找到了合適滿足特定對稱性的量子場論來描述:強作用有量子色動力學;電磁相互作用有量子電動力學,理論框架建立於1920到1950年間,主要的貢獻者為保羅·狄拉克,弗拉迪米爾·福克,沃爾夫岡·泡利,朝永振一郎,施溫格,理查德·費曼和弗里曼·戴森等;弱作用有費米點作用理論。後來弱作用和電磁相互作用實現了形式上的統一,通過希格斯機制產生質量,建立了弱電統一的量子規範理論,即GWS(Glashow, Weinberg, Salam)模型。量子場論成為現代理論物理學的主流方法和工具。 而這些交互作用傳統上是由費曼圖來視覺化,並且提供簡便的計算規則來計算各種多體系統過程。.
自旋
在量子力学中,自旋(Spin)是粒子所具有的内稟性質,其運算規則類似於經典力學的角動量,並因此產生一個磁場。雖然有時會與经典力學中的自轉(例如行星公轉時同時進行的自轉)相類比,但實際上本質是迥異的。經典概念中的自轉,是物體對於其質心的旋轉,比如地球每日的自轉是順著一個通過地心的極軸所作的轉動。 首先對基本粒子提出自轉與相應角動量概念的是1925年由、喬治·烏倫貝克與三人所開創。他們在處理電子的磁場理論時,把電子想象为一個帶電的球體,自轉因而產生磁場。後來在量子力學中,透過理論以及實驗驗證發現基本粒子可視為是不可分割的點粒子,所以物體自轉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内禀性質,為粒子與生俱來帶有的一種角動量,並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)。 自旋對原子尺度的系統格外重要,諸如單一原子、質子、電子甚至是光子,都帶有正半奇數(1/2、3/2等等)或含零正整數(0、1、2)的自旋;半整數自旋的粒子被稱為費米子(如電子),整數的則稱為玻色子(如光子)。複合粒子也帶有自旋,其由組成粒子(可能是基本粒子)之自旋透過加法所得;例如質子的自旋可以從夸克自旋得到。.
自旋統計定理
在量子力學裡,自旋統計定理給出粒子自旋量子數與粒子統計行為的關係。自旋是内禀的角動量,每個粒子有整數或是半整數的自旋量子數,與粒子外在的運動無關。 定理的內容如下:.
夸克和自旋統計定理 · 自旋統計定理和费米子 ·
泡利不相容原理
在量子力学裏,泡利不--容原理(Pauli exclusion principle)表明,兩個全同的費米子不能處於相同的量子態。這原理是由沃尔夫冈·泡利於1925年通过分析实验結果得到的結論。例如,由於電子是費米子,在一個原子裏,每個電子都擁有獨特的一組量子數n,\ell,m_\ell,m_s,兩個電子各自擁有的一組量子數不能完全相同,假若它們的主量子數n,角量子數\ell,磁量子數m_\ell分別相同,則自旋磁量子數m_s必定不同,它們必定擁有相反的自旋磁量子數。換句話說,處於同一原子軌域的兩個電子必定擁有相反的自旋方向。泡利不--容原理簡稱為泡利原理或不相容原理。 全同粒子是不可区分的粒子,按照自旋分為費米子、玻色子兩種。費米子的自旋為半整數,它的波函數對於粒子交換具有反對稱性,因此它遵守泡利不相容原理,必须用費米–狄拉克統計來描述它的統計行為。費米子包括像夸克、電子、中微子等等基本粒子。 玻色子的自旋為整數,它的波函數對於粒子交換具有對稱性,因此它不遵守泡利不相容原理,它的統計行為只符合玻色-愛因斯坦統計。任意數量的全同玻色子都可以處於同樣量子態。例如,激光產生的光子、玻色-愛因斯坦凝聚等等。 泡利不相容原理是原子物理學與分子物理學的基礎理論,它促成了化學的變幻多端、奧妙無窮。2013年,義大利的格蘭沙索國家實驗室(Laboratori Nazionali del Gran Sasso)團隊發佈實驗結果,違反泡利不相容原理的概率上限被設定為4.7×10-29。.
上面的列表回答下列问题
- 什么夸克和费米子的共同点。
- 什么是夸克和费米子之间的相似性
夸克和费米子之间的比较
夸克有129个关系,而费米子有38个。由于它们的共同之处21,杰卡德指数为12.57% = 21 / (129 + 38)。
参考
本文介绍夸克和费米子之间的关系。要访问该信息提取每篇文章,请访问: