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什麼是基本粒子

基本粒子是物理學中的概念,指的是構成物質的最小或最基本的單位,它們是組成各種物體的基礎,在不改變物質屬性的前提下具有最小的體積。基本粒子根據作用力的不同分爲三大類:夸克、輕子和傳播子。夸克是參與強相互作用的基本粒子,已發現的夸克有六種,包括上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克。輕子不參與強相互作用,只參與弱力、電磁力和引力,包括電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子中微子。傳播子是傳遞基本相互作用力的粒子,如傳遞強作用的膠子和傳遞弱作用的W+、W-、Z0中間玻色子。

在量子場論的框架下,這些基本粒子被視爲點粒子來處理。基本粒子的尺寸遠小於原子和分子,即使是現有的最高倍電子顯微鏡也無法觀察到它們。例如,質子和中子的大小隻有原子的十萬分之一,而輕子和夸克的尺寸更小,不到質子和中子的萬分之一。粒子的質量是另一箇重要特徵,規範理論指出所有規範粒子的質量爲零,但規範不變性被破壞後,夸克、帶電輕子和中間玻色子獲得了質量。已知粒子的質量範圍很大,從0到90吉電子伏,其中光子和膠子無質量,而電子的質量很小,質子和中子的質量較重,Z0粒子的質量爲90吉電子伏。

科學家利用粒子加速器來研究基本粒子的性質和組成,通過加速粒子並使其相撞來探索這些粒子的內部結構和相互作用。