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前幾天，后臺(tái)有個(gè)小哥問我：粒子，分子，原子，量子，玻色子，費(fèi)米子，質(zhì)子、中子、電子簡單解釋一下。所以，今天我們就聊一聊各種“xx子”到底是什么意思？ 統(tǒng)稱其實(shí)，最好理解的是：粒子。它不特指某一類，而是一個(gè)統(tǒng)稱，也就是無論是玻色子、費(fèi)米子、原子、中子、質(zhì)子、電子都統(tǒng)稱為粒子。話說，我們上初高中都要背元素周期表，那上面就是元素的圖譜。實(shí)際上，不光元素有，粒子也有，科學(xué)家在上世紀(jì)為各種“xx子”構(gòu)建了一張粒子周期表，我們稱其為粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型。 發(fā)現(xiàn)了吧？這里就用到粒子“統(tǒng)稱”的概念。因此，關(guān)于粒子，你只需要記住它是一個(gè)“統(tǒng)稱”即可。 量子量子是這些物理概念中最難理解的，我認(rèn)為它代表著一種世界觀。我們要先從經(jīng)典物理學(xué)說起，牛頓世界觀下的物理學(xué)認(rèn)為，
這該如何理解呢？就拿自由落體來說，從5米掉下去一個(gè)物體，一般我們認(rèn)為，整個(gè)過程是連續(xù)的，但是普朗克就提出，這種變化不是連續(xù)的，而是變化本身也有最小的變化單位。比如：最小單位是0.5米，那物體下落過程中，就應(yīng)該是從5米到4.5米，然后4米……這里為了方便做了粗暴的處理，實(shí)際上這個(gè)最小的變化單位是極其小的。 咱們就說時(shí)間變化的最小單位，也就是普朗克時(shí)間，這個(gè)時(shí)間間隔只有：10^-43秒。而最小可測(cè)的距離，被稱為普朗克長度是 1.6x10^（-35）米。 普朗克在研究黑體輻射時(shí)，如果假設(shè)能量的變化是連續(xù)的，那理論就和現(xiàn)實(shí)是不相符的，只有假設(shè)輻射能量變化是不連續(xù)的，存在能量的最小單位：量子，能量的變化只能去量子的整數(shù)倍。 所以，我們可以認(rèn)為，最早“量子”對(duì)于能量變化的概念，就類似于“原子”對(duì)于物質(zhì)的概念。 這種全新的世界觀徹底改變了物理學(xué)的發(fā)展方向，20世紀(jì)初的物理學(xué)大神們都投入到相關(guān)研究當(dāng)中，最終構(gòu)建的物理學(xué)大廈。 分子其實(shí)分子和原子的關(guān)系就很簡單了，分子是構(gòu)成物質(zhì)的粒子，一般是由兩個(gè)或者更多的原子一起構(gòu)成的，而連接原子之間的是化學(xué)鍵，，所以，我們可以認(rèn)為分子是保持化學(xué)性質(zhì)的基本單位。當(dāng)然同樣是化學(xué)鍵，也有不同，不過由于我們主要講“粒子”，所以就不過多贅述了。 尋找基本粒子事實(shí)上，最早無論是粒子還是原子，都是學(xué)者們?cè)趯ふ覙?gòu)成物質(zhì)的最小單位。只不過，隨著科學(xué)的一步步深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)自己太單純了，世界比自己想象中的還要瘋狂。先是有人發(fā)現(xiàn)了比原子還要小的電子，進(jìn)而科學(xué)家盧瑟福直接轟擊原子，探明了其中存在一個(gè)遠(yuǎn)比原子要小得多的原子核。 其實(shí)這也掀起來原子模型之爭，經(jīng)歷了多代物理學(xué)家，出現(xiàn)了多種原子模型，最后海森堡一錘定音。如今的原子模型是這樣的，有個(gè)原子核，特別特別小，如果原子有足球場(chǎng)那么大，那原子核應(yīng)該只有螞蟻的大小，不過原子的質(zhì)量都在原子核的上面，電子在原子核外呈現(xiàn)概率云的排布。 通過撬開原子，科學(xué)家們搞清楚了原子模型。于是，他們開始要撬開原子核，通類似的辦法，他們發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子。于是，他們就在想，質(zhì)子和中子到底可不可再分？ 于是，又用類似的辦法，他們打算轟開質(zhì)子，看看質(zhì)子里面還有什么？ 結(jié)果，他們沒能轟開，并不是說質(zhì)子就是最小的粒子，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)，轟擊質(zhì)子時(shí)，會(huì)出現(xiàn)三個(gè)散射角度，這說明質(zhì)子內(nèi)部還存在三個(gè)粒子，它們構(gòu)成了質(zhì)子，科學(xué)家給這種粒子取名為：夸克。所以原子到原子核再到質(zhì)子、中子，最后到夸克其實(shí)是不斷做切分的過程，而切到夸克，科學(xué)家就切不動(dòng)了。所以，基本粒子當(dāng)中就有夸克。 除了夸克之外，電子、μ子、τ子以及電子中微子、μ子中微子、τ子中微子都是沒有辦法繼續(xù)再分的基本粒子，也被稱為輕子。因此，這些基本粒子被我們稱為費(fèi)米子。 所以，費(fèi)米子是構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子的統(tǒng)稱。 傳遞相互作用但是只有費(fèi)米子是構(gòu)不成物質(zhì)的，必須有東西把費(fèi)米子裝配起來才能構(gòu)成物質(zhì)。說白了，我們還需要費(fèi)米子之間能夠相互作用，而傳遞這個(gè)相互作用的粒子的統(tǒng)稱就叫做：玻色子。 在自然界存在四大作用力，分別是引力、強(qiáng)相互作用、弱相互作用、電磁相互作用。 目前，還沒有找到傳遞引力的玻色子，（補(bǔ)充一句，引力子理論誤差巨大，并且沒有找到引力子，這并不是主流理論。）至于強(qiáng)相互作用，弱相互作用，電磁相互作用都有相應(yīng)的玻色子來傳遞作用，具體來說是這樣的：
（PS：由于介子并不屬于基本粒子，所以并沒有被納入到粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型當(dāng)中。）
關(guān)于這些粒子的質(zhì)量，是由希格斯玻色子賦予的，這也被稱為希格斯機(jī)制，希格斯玻色子也就是粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型最后一塊拼圖，有了它就有之前我們說到的粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型了。
而以上這些粒子，并不是隨便編出來的?？茖W(xué)家在上個(gè)世紀(jì)以及本世紀(jì)初，通過大型粒子對(duì)撞機(jī)都找到了它存在的證據(jù)。
最后，我們來總結(jié)一下，費(fèi)米子是構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子，而傳遞作用的是玻色子。下圖中就是費(fèi)米子和玻色子之間的關(guān)系圖，矩形框內(nèi)的就是費(fèi)米子，而橢圓內(nèi)的就是玻色子。
關(guān)于各種粒子的內(nèi)容大概就是這么多，這期信息量很大，我們?cè)賮砗唵蔚目偨Y(jié)一下，
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