科學家是如何把夸克分類的?

今天你超神了麼

首先要更正你一點,物質的基本單元並不只有夸克。電子,光子,中微子等都是物質的基本單元,它們和夸克一樣都是基本粒子,它們的地位是等同的。如果只考慮狹義的物質,不算光和W,Z玻色子這些傳遞相互作用的基本粒子,那麼第一句話應該改成“物質的基本單元是輕子和夸克”,輕子包括電子和中微子,各三代,六個味,和夸克剛好相等,見如下的基本粒子分類表:

左邊三列就是基本粒子中的費米子(自旋為1/2),一共12種,其中6種夸克(紫色,左上角從上至下依次是質量,電荷,自旋),6種輕子(三代電子和三代中微子)。6種夸克也分三代,和三代輕子相對應。其中上夸克和下夸克是第一代,奇異夸克和粲夸克是第二代,底夸克和頂夸克是第三代。第一代的兩種夸克質量最小,能量最穩定,因此是組成原子核的基本單元,即兩個上夸克和一個下夸克組成一個質子,兩個下夸克和一個上夸克組成一箇中子,質子和中子再組成原子核,原子核再和電子組成原子,原子再組成分子和凝聚態物質,再到萬物。

第二代和第三代夸克都是在高能物理對撞機上發現的,它們質量較大,不能在自然界穩定地存在,會迅速衰變成第一代夸克,如下圖,夸克從左至右第一代到第三代排列,從右至左產生衰變,線越深代表衰變的越強烈。

會不會有更多種類的夸克?這個不好說,目前沒有任何實驗顯示有第四代夸克的跡象,理論上也不需要第四代夸克,因為三代夸克和三代輕子剛好一一對應,這不應該是巧合,但為什麼剛好是三代?目前還沒有答案。這是物理學有待解決的一個重要問題。


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