科学家是如何把夸克分类的?

今天你超神了么

首先要更正你一点,物质的基本单元并不只有夸克。电子,光子,中微子等都是物质的基本单元,它们和夸克一样都是基本粒子,它们的地位是等同的。如果只考虑狭义的物质,不算光和W,Z玻色子这些传递相互作用的基本粒子,那么第一句话应该改成“物质的基本单元是轻子和夸克”,轻子包括电子和中微子,各三代,六个味,和夸克刚好相等,见如下的基本粒子分类表:

左边三列就是基本粒子中的费米子(自旋为1/2),一共12种,其中6种夸克(紫色,左上角从上至下依次是质量,电荷,自旋),6种轻子(三代电子和三代中微子)。6种夸克也分三代,和三代轻子相对应。其中上夸克和下夸克是第一代,奇异夸克和粲夸克是第二代,底夸克和顶夸克是第三代。第一代的两种夸克质量最小,能量最稳定,因此是组成原子核的基本单元,即两个上夸克和一个下夸克组成一个质子,两个下夸克和一个上夸克组成一个中子,质子和中子再组成原子核,原子核再和电子组成原子,原子再组成分子和凝聚态物质,再到万物。

第二代和第三代夸克都是在高能物理对撞机上发现的,它们质量较大,不能在自然界稳定地存在,会迅速衰变成第一代夸克,如下图,夸克从左至右第一代到第三代排列,从右至左产生衰变,线越深代表衰变的越强烈。

会不会有更多种类的夸克?这个不好说,目前没有任何实验显示有第四代夸克的迹象,理论上也不需要第四代夸克,因为三代夸克和三代轻子刚好一一对应,这不应该是巧合,但为什么刚好是三代?目前还没有答案。这是物理学有待解决的一个重要问题。


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