悠日記: 基本粒子列表

基本粒子列表

這是已知和假設粒子的列表。

標準模型基本粒子

基本粒子是沒有可測量的內部結構的粒子；也就是說，不知道它們是否由其他粒子組成。^[ 1 ]它們是量子場論的基本對象。存在許多基本粒子族和子族。基本粒子根據其自旋進行分類。費米子具有半整數自旋，而玻色子具有整數自旋。標準模型^的所有粒子^都已^被實驗觀測到，包括²⁰¹²^年的希格斯玻色子^。。

費米子

費米子是兩類基本粒子之一，另一類是玻色子。費米子粒子由費米-狄拉克統計描述，並具有由泡利不相容原理描述的量子數。它們包括夸克和輕子，以及由奇數個夸克和輕子組成的任何複合粒子，例如所有重子和許多原子和原子核。

費米子具有半整數自旋；對於所有已知的基本費米子來說，這是⁠1/2⁠ .除中微子外，所有已知的費米子都是狄拉克費米子；也就是說，每個已知的費米子都有其獨特的反粒子。目前尚不清楚中微子是狄拉克費米子還是馬約拉納費米子。^[ 4 ]費米子是所有物質的基本組成部分。它們根據是否通過強相互作用進行分類。在標準模型中，有 12 種基本費米子：六個夸克和六個輕子。

誇克

夸克是強子的基本組成部分，透過強力相互作用。夸克是唯一已知的分數電荷載體，但由於它們以三個夸克（重子）為一組或以一個夸克和一個反夸克（介子）為一組組合，因此在自然界中只觀察到整數電荷。它們各自的反粒子是反夸克，它們是相同的，只是它們帶有相反的電荷（例如上夸克帶有電荷 + ⁠2/3⁠，而向上的反夸克則帶有電荷 - ⁠2/3⁠ )、色荷和重子數。夸克有六種類型；三個帶正電的夸克被稱為“上型夸克”，而三個帶負電的夸克被稱為“下型夸克”。

誇克
世代	姓名	象徵	反粒子	旋轉	電荷（e）	質量 ( MeV / c² ) ^[ 5 ]^[ 6 ]^[ 7 ]^[ 8 ]
1	向上	你	你	⁠1/2⁠	+ ⁠2/3⁠	2.16 ± 0.07
1	向下	d	d	⁠1/2⁠	- ⁠1/3⁠	4.70 ± 0.07
2	魅力	c	c	⁠1/2⁠	+ ⁠2/3⁠	1273.0 ± 4.6
2	奇怪的	s	s	⁠1/2⁠	- ⁠1/3⁠	93.5 ± 0.8
3	頂部	t	t	⁠1/2⁠	+ ⁠2/3⁠	172 570 ± 290
3	底部	乙	乙	⁠1/2⁠	- ⁠1/3⁠	4183 ± 7

輕子

輕子不透過強相互作用相互作用。它們各自的反粒子是反輕子，它們是相同的，只是它們帶有相反的電荷和輕子數。電子的反粒子是反電子，由於歷史原因，它幾乎總是被稱為“正電子”。輕子共有六個；三個帶電輕子被稱為“類電子輕子”，而中性輕子被稱為“中微子”。眾所周知，中微子會振盪，因此具有確定風味的中微子沒有確定的質量：相反，它們以質量本徵態的疊加形式存在。假設的重右手中微子，稱為“惰性中微子”，已被省略。

輕子
世代	姓名	象徵	反粒子	旋轉	電荷（e）	質量^[ 9 ] ( MeV / c² )
1	電子	e-	e+	⁠ 1 /2⁠	−1	0.511 ^[註1 ]
1	電子中微子	$ν e$	$ν e$	⁠ 1 /2⁠	0	< 0.0000022
2	介子	$μ -$	$μ +$	⁠ 1 /2⁠	−1	105.7 ^[註2 ]
2	介子中微子	$ν μ$	$ν μ$	⁠ 1 /2⁠	0	< 0.170
3	tau蛋白	$τ -$	$τ +$	⁠ 1 /2⁠	−1	1 776 .86 ± 0.12
3	τ 中微子	$ν τ$	$ν τ$	⁠ 1 /2⁠	0	< 15.5

^ 電子質量的精確值為0.510 998 950 69 (16) MeV/ c ²。^[¹⁰^]
^ μ子質量的精確值是105.658 3755 (23) MeV/ c ²。^[¹¹^]

玻色子

玻色子是具有完整粒子自旋類的兩種基本粒子之一，另一種是費米子。玻色子的特徵是玻色愛因斯坦統計，並且都具有整數自旋。玻色子可以是基本玻色子，如光子和膠子，也可以是複合玻色子，如介子。

根據標準模型，基本玻色子是：

姓名	象徵	反粒子	旋轉	電荷（e）	質 (GeV/ c ² ) ^[ 9 ]	互動介導	觀察到
光子	$γ$	自己	1	0	0	電磁學	是的
W玻色子	瓦-	瓦+	1	±1	80.385 ± 0.015	弱相互作用	是的
Z玻色子	Z	自己	1	0	91.1875 ± 0.0021	弱相互作用	是的
膠子	克	自己	1	0	0	強互動	是的
希格斯玻色子	H0	自己	0	0	125.09 ± 0.24	大量的	是的

希格斯玻色子是由電弱理論提出的，主要是為了解釋粒子質量的起源。在稱為「希格斯機制」的過程中，標準模型中的希格斯玻色子和其他規範玻色子透過SU(2) 規範對稱性的自發對稱破缺獲得質量。最小超對稱標準模型( MSSM) 預測了幾種希格斯玻色子。 2012 年 7 月 4 日，發現了一種新粒子，其質量介於125和127 GeV/ c ²已公佈；物理學家懷疑它是希格斯玻色子。從那時起，該粒子已被證明以標準模型預測的希格斯粒子的許多方式表現、相互作用和衰變，並且具有均勻宇稱和零自旋，這是希格斯玻色子的兩個基本屬性。這也意味著它是自然界中發現的第一個基本標量粒子。

負責自然界四種基本力的基本玻色子稱為力粒子（規範玻色子）。強相互作用由膠子介導，弱相互作用由W和Z玻色子介導，電磁由光子介導，引力由引力子介導，仍然是假設的。

假想粒子

引力子

姓名	象徵	反粒子	旋轉	電荷（e）	質 (GeV/ c ² ) ^[ 9 ]	互動介導	觀察到
引力子	G	自己	2	0	0	重力	不

引力子是一種假設的粒子，已包含在標準模型的一些擴展中以調節引力。它屬於已知粒子和假設粒子之間的一個特殊類別：作為一種未觀察到的粒子，既不是標準模型預測的，也不是標準模型所要求的，它屬於下面的假設粒子表。但重力本身是確定性的，在量子場論框架中表達已知的力需要玻色子來調節它。

如果存在，引力子預計將是無質量的，因為引力的範圍很長，並且似乎以光速傳播。引力子一定是自旋-2玻色子，因為重力的來源是應力能量張量，是二階張量（與電磁學的自旋 1光子相比，其來源是四電流，一階張量）階張量）。此外，還可以證明，任何無質量的自旋 2 場都會產生與引力無法區分的力，因為無質量的自旋 2 場會以與引力相互作用相同的方式耦合到應力-能量張量。這結果表明，如果發現無質量的自旋 2 粒子，它一定是引力子。^[ 12 ]

超對稱理論預測的粒子

超對稱理論預測存在更多粒子，但均未實驗證實。

超級夥伴（S粒子）
超級夥伴	旋轉	筆記	的超級合作夥伴：
查爾吉諾	⁠ 1 /2⁠	電荷是帶電標準模型玻色子的超級夥伴的疊加：帶電希格斯玻色子和W 玻色子。MSSM預測有兩對 charginos。	帶電玻色子
麩醯胺酸	⁠ 1 /2⁠	八個膠子和八個膠子。	膠子
格拉維蒂諾	⁠ 3 /2⁠	由超重力（SUGRA ）預測。引力子也是假設的－參見上表。	引力子
希格斯諾	⁠ 1/ 2⁠	根據它們的超級夥伴的說法，對於超對稱性來說，需要幾個希格斯玻色子，中性的和帶電的。	希格斯玻色子
中性子	⁠ 1 /2⁠	中性子是中性標準模型玻色子的超級夥伴的疊加：中性希格斯玻色子、Z玻色子和光子。最輕的中性子是暗物質的主要候選者。MSSM預測有四個中性粒子。	中性玻色子
光微子	⁠ 1 /2⁠	與 zino 和中性 Higgsinos 混合得到中性子。	光子
沉睡者	0	輕子（電子、μ子、τ子）和中微子的超級夥伴。	輕子
中微子	0	由標準超模型的許多擴展引入，可能需要解釋LSND結果。惰性中微子具有特殊的作用，它是假設的右手中微子的超對稱對應物，稱為「惰性中微子」。	中微子
誇克	0	停夸克（頂夸克的超級伴侶）被認為品質較小，並且經常成為實驗研究的對象。	誇克
維諾、齊諾	⁠ 1 /2⁠	帶電的 wino 與帶電的 Higgsino 混合形成 charginos，有關 zino 的資訊請參見上面的行。	W ^±和 Z ⁰ 玻色子

正如光子、Z 玻色子和 W ^± 玻色子是 B ⁰、 W ⁰、 W ¹和 W ²場的疊加一樣，光微子、 zino 和 wino ^±是 bino ⁰、 wino ⁰、 wino ¹、和酒²。無論以原始高吉諾子或這種疊加態為基礎，唯一預測的物理粒子就是中性子和查吉諾子，它們與希格斯諾子的疊加。

其他假設的玻色子和費米子

其他理論預測存在額外的基本玻色子和費米子，一些理論也假設這些粒子有額外的超級夥伴：

其他假設的玻色子和費米子
姓名	旋轉	筆記
軸子	0	Peccei-Quinn 理論中引入的贗標量粒子用於解決強 CP 問題。
阿克西諾	⁠ 1 /2⁠	軸子的超級夥伴。在 Peccei-Quinn 理論的超對稱擴展中，與薩克子和軸子一起形成超多重態。
布拉農	？	在膜世界模型中預測。
迪伽瑪	？	提出了 750 GeV 附近的質量共振，衰變成兩個光子。
膨脹	0	一些弦理論中的預測。
拉丁裔	⁠ 1 /2⁠	膨脹子的超級夥伴。
雙引力子	2	被假設為超引力中電磁二象性下的引力子對偶。
引力光子	1	也稱為“重力向量”。^[ 13 ]
重力標量	0	也稱為“輻射”。
暴脹子	0	未知的標量力載體，被認為在物理上引起了宇宙學「膨脹」——大爆炸後從 10 ^{-35 秒}快速膨脹到 10 ^-34秒。
磁光子	？	¹⁹⁶⁶年^預測。
馬約龍	0	預測透過蹺蹺板機制了解中微子品質。
馬約拉納費米子	⁠ 1 /2⁠ ; ⁠ 3 /2⁠ ？ …	穀子、中性子或其他－是它自己的反粒子。
撒克遜人	0
X17顆粒	？	17 MeV 附近異常測量結果的可能原因，以及暗物質的可能候選者。
X 和 Y 玻色子	1	GUT 理論預測這些輕夸克是 W 和 Z 的更重的等價物。
W′ 和 Z′ 玻色子	1

其他假設的基本粒子

希格斯雙峰是由一些超出標準模型的物理理論所假設的。
卡魯扎-克萊因粒子塔是由一些額外維度的模型預測的。超維度動量表現為四維時空中的額外質量。
輕夸克是帶有重子數和輕子數的玻色子，由標準模型的各種擴展（例如彩色理論）預測。
鏡像粒子是透過恢復宇稱對稱性的理論來預測的。
「磁單極子」是具有非零磁荷的粒子的總稱。它們是由一些 GUT 預測的。
預子被認為是夸克和輕子的子粒子，但現代對撞機實驗幾乎排除了它們的存在。

複合顆粒

複合粒子是基本粒子的束縛態。

強子

強子被定義為強相互作用的 複合粒子。強子是：

複合費米子（尤其是 3 夸克），在這種情況下它們被稱為重子。
複合玻色子（尤其是兩個夸克），在這種情況下它們被稱為介子。

夸克模型，首先由默里·蓋爾曼和喬治·茨威格（他們將夸克稱為“王牌”）於 1964 年獨立提出，將已知的強子描述為由價夸克和/或反夸克組成，並受到色力的緊密束縛，色力通過膠子。（夸克和膠子之間的相互作用是由量子色動力學理論描述的。）每個強子中還存在虛擬夸克-反夸克對的「海洋」。

重子

三個 u、d 或 s 夸克的組合，總自旋為⁠3/2⁠形成所謂的「重子十重態」。

質子夸克結構：2個上夸克和1個下夸克。

普通重子（複合費米子）各自包含三個價夸克或三個價反夸克。

核子是正常原子核的費米子成分：
- 質子，由兩個上夸克和一個下夸克 (uud) 組成
- 中子，由兩個下夸克和一個上夸克 (ddu) 組成
超子，例如 Λ、Σ、Ξ 和 Ω 粒子，含有一個或多個奇異夸克，壽命短且比核子重。雖然通常不存在於原子核中，但它們可以出現在短壽命的超核中。
也觀察到了許多粲形重子和底部重子。
五夸克由四個價夸克和一個價反夸克組成。
其他外來重子也可能存在。

介子

自旋為 0 的介子形成一個諾網。

普通介子由價夸克和價反夸克組成。由於介子具有整數自旋（0或1）並且本身不是基本粒子，因此它們被歸類為「複合」玻色子，儘管它們是由基本費米子組成的。介子的例子包括pion、kaon和J/ψ。在量子力學中，介子介導核子之間的殘餘強力。

曾幾何時，以下所有奇異介子都被報告為陽性特徵，但它們的存在尚未得到證實。

四夸克由兩個價夸克和兩個價反夸克組成；
膠球是膠子的束縛態，沒有價夸克；
混合介子由一個或多個價夸克-反夸克對和一個或多個實膠子組成。

原子核

氦原子的半準確描述。在原子核中，質子呈紅色，中子呈紫色。事實上，原子核也是球對稱的。

原子核通常由質子和中子組成，儘管奇異原子核可能由其他重子組成，例如包含超子的超氚子。這些構成原子核的重子（質子、中子、超子等）稱為核子。每種類型的原子核稱為“核素”，每種核素由每種類型的核子的具體數量來定義。

「同位素」是具有相同數量的質子但不同數量的中子的核素。
相反，「同位素」是具有相同中子數但不同質子數的核素。
「同量異位素」是具有相同核子總數但每種類型核子數量不同的核素。核反應可以將一種核素轉變為另一種核素。

原子

原子是最小的中性粒子，物質可以透過化學反應分解成原子。原子由一個小而重的原子核組成，周圍環繞著相對大而輕的電子雲。原子核由 1 個或多個質子和 0 個或多個中子組成。質子和中子又是由夸克組成的。每種類型的原子對應於一種特定的化學元素。迄今為止，已發現或創造了 118 種元素。

奇異原子可以由質子、中子和電子之外或代替質子、中子和電子的粒子組成，例如超子或μ子。例子包括鍬（
π-

π+
）和夸克原子。

輕子原子

輕子原子，用「鎓」命名，是由輕子和反輕子的束縛態所構成的奇異原子。此類原子的例子包括正電子素（
e-

e+
),鯛(
e-

μ+
）和「真鯛」（
μ-

μ+
）。其中正電子素和介素已經透過實驗觀察到，而「真正的介素」仍然只是理論上的。

分子

分子是物質可以分解成的最小顆粒，同時保持物質的化學性質。每種類型的分子對應於一種特定的化學物質。分子是兩個或更多原子的複合體。原子以固定比例結合形成分子。分子是物質最基本的單位之一。

離子

離子是帶電原子（單原子離子）或分子（多原子離子）。它們包括具有淨正電荷的陽離子和具有淨負電荷的陰離子。

準粒子

準粒子是存在於許多粒子系統中的有效粒子。凝聚態物理的場方程式與高能粒子物理的場方程式非常相似。因此，粒子物理學的大部分理論也適用於凝聚態物理學。特別是，可以創建和探索一系列場激勵，稱為準粒子。這些包括：

任意子是費米子和玻色子在二維繫統中的推廣，例如服從編織統計的石墨烯片。
錯位錯是靜態位移周圍晶體位錯的局部集體激發。
激子是電子和電洞的束縛態。
Hopfion是拓樸孤子，是斯格明子的 3D 對應物。
磁振子是材料中電子自旋的相干激發。
聲子是晶格中的振動模式。
等離子體激元是等離子體的相干激發。
Plekton是一種理論上的粒子，被討論為任意子編織統計到二維以上的推廣。
極化子是光子與其他準粒子的混合物。
極化子是移動的帶電（準）粒子，被材料中的離子包圍。
斯格明子是π介子場的拓撲解，用於模擬核子的低能量特性，例如軸向向量電流耦合和質量。

暗物質候選者

以下類別不是唯一或獨特的：例如，WIMP 或 WISP 也是 FIP。

WIMP （弱相互作用大質量粒子）是可以解釋暗物質的多種粒子中的任何一種（例如中子或惰性中微子）
WISP （弱相互作用細長粒子）是可以解釋暗物質（例如軸子）的多種低質量粒子中的任何一種
GIMP（引力交互作用大質量粒子）是一種提供暗物質替代解釋的粒子，而不是前面提到的 WIMP
SIMP （強相互作用大質量粒子）是一種粒子，它們之間相互作用強烈，與普通物質相互作用較弱，可以形成暗物質
SMP （穩定大質量粒子）是一種壽命長且質量相當大的粒子，可能是暗物質
FIP （弱相互作用粒子）是一種與常規物質相互作用非常弱的粒子，可以解釋暗物質
LSP （最輕超對稱粒子）是超對稱模型中發現的一種粒子，是 WIMP 的有力競爭者

暗能量候選人

變色龍粒子可能是暗能量的候選者
加速粒子是暗能量的另一個候選者

按速度分類

慢子（或慢子）的運動速度比真空中的光速慢，並且具有非零的真實靜止質量。
勒克子在真空中的傳播速度與光一樣快，並且沒有靜止質量。
快子是一種假設的粒子，其運動速度超過光速，因此它們會矛盾地經歷相反的時間（由於相對論的倒置），並且會違反已知的因果律。快子有一個假想的靜止質量。

其他

Calorons，瞬時子的有限溫度推廣。
動力子是假設的帶有電荷和磁荷的粒子。
幾何子是電磁波或重力波，它們透過自身能量場的引力而聚集在一個有限的區域。
戈德斯通玻色子是自發性破裂的場的無質量激發。介子是量子色動力學中手性同位旋對稱性破缺的準金石玻色子（準金石玻色子，因為它們並非完全無質量）。
Goldstinos是超對稱性自發破缺產生的費米子；它們是戈德斯通玻色子的超對稱對應。
Sphalerons是一種場配置，是楊-米爾斯場方程式的鞍點。 Sphaleron 用於非隧道率的非微擾計算。
瞬子，一種場配置，是楊-米爾斯場方程式的局部極小值。瞬子用於隧道速率的非微擾計算。
Meron，一種場配置，是 Yang-Mills 場方程式的非自對偶解。瞬子被認為是由兩個瞬子組成。
帕頓（Parton ）是費曼為構成複合粒子（當時是重子）的子粒子創造的通用術語，因此，它最初指的是現在所謂的“夸克”和“膠子”。
波默子，用以解釋強子的彈性散射和Regge理論中Regge極的位置。奇子的對應。
Odderon是一種由奇數個膠子組成的粒子，於 2021 年被偵測到。
微型帶電粒子是假設的亞原子粒子，帶有一小部分電子電荷。
連續自旋粒子是與龐加萊群表示形式的分類相關的假設無質量粒子。

參見

標準希格斯模型的替代方案
時空
手性和螺旋性
虛構元素、材料、同位素和亞原子粒子列表
粒子動物園
Spurion——一種虛構的“粒子”，在數學上插入衰變，以便對其進行分析，就像它守恆同位旋一樣。
粒子發現的時間表

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