
宏观物质,最终都是由微观粒子所组成的。
微观粒子从大到小,有分子、原子、质子和中子(原子核)、最后是基本粒子。而基本粒子,就是目前不可再分割的微观最小物质。这里不可分割的意思——是指没有体积与模型图像,无法检测到其内部结构,即:可以作为点粒子(类似质点的概念)来处理。
那么,基本粒子主要由三大类构成——夸克、轻子和部分玻色子(每一类又有多种)。
其中,夸克和轻子又称费米子——其构成了物质最开始可被观测的结构。而费米子是自旋为半奇数粒子的统称,夸克与轻子只是费米子中的基本粒子,还有很多(由基本粒子构成的)复合粒子也是费米子。
玻色子是自旋为整数粒子的统称,其中有一部分称为规范玻色子(与规范场论关系密切而得名)——其传递了粒子之间的基本相互作用(即传递力),还有一种特殊的玻色子——希格斯粒子(又称上帝粒子)则负责产生了质量。这两类粒子,都是玻色子中的基本粒子,还有很多(由基本粒子构成的)复合粒子也是玻色子。
综上可见,费米子中的基本粒子——构建了物质结构,玻色子中的基本粒子——产生了相互作用和质量。
另外,费米子——遵循泡利不相容原理(Pauli Exclusion Principle),即不能有两个或两个以上的费米子处在相同的量子态;而玻色子——则不遵守泡利不相容原理,即多个全同玻色子可以同时处于同一个量子态。而量子态的计数则对应着时间的本质,具体解读参看下面的链接文章。
分子是能够独立存在,且保持化学特性的最小物质,分子由多个原子构成,原子是化学反应不可分割的最小物质(即元素),原子由质子和中子组成的原子核,及核外电子(属于轻子)构成。其中,原子核的体积,只有原子的几千亿分之一,但质量却占到了99.96%以上。
如果原子是一个足球场,原子核只是足球场中的一个铅笔大小。
而原子核中的质子和中子,两者质量差不多(中子略重),约是核外单个电子质量的1836倍,且均由三个(不同种类的)夸克构成。这些夸克,其实并不能被直接观测到,或被分离出来,只能通过其构造的质子和中子(复合粒子)进行研究。
事实上,夸克并不能独立存在,只能以复合粒子的形式出现。而基本粒子中,轻子(如电子、中微子)和规范玻色子,包括希格斯玻色子,则可以独立存在。但所有基本粒子都是点粒子,没有可观测的体积与结构。
不同角度的分类
基本粒子:构成物质基础
费米子中的基本粒子——夸克和轻子,构成了物质基础结构。其中轻子,又有以下几类:
基本粒子:传递相互作用
玻色子中的基本粒子——规范玻色子传递了相互作用,希格斯玻色子产生了质量。
复合粒子:原子核
费米子中的复合粒子——质子和中子(其中有规范玻色子——胶子),构成了原子核。
复合粒子:其它分类
最后,原子 = 质子(夸克 + 胶子)+ 中子(夸克 + 胶子)+ 核外电子。而原子又称为元素,已知的元素有118种,元素构成了分子化合物,后面的就是化学了。
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