粒子列表 - 维基百科,自由的百科全书

这是一份粒子物理学粒子清单,包括已知的和假设的基本粒子,以及由它们合成的复合粒子

关于根据发现年代顺序排列的亚原子粒子清单,请参见粒子发现年表

基本粒子

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基本粒子是没有可测量的内在结构的粒子,就是说,它不是其他粒子的复合。它们是量子场论的基本物质。基本粒子可以根据它们的自旋分类,费米子有半整数自旋而玻色子有整数自旋。

标准模型

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标准模型

「標準模型」所呈現的是我們目前對於基本粒子物理的了解,人們已觀測到所有標準模型中的粒子。

费米子(具有半整数自旋)

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费米子具有半整数自旋,每個費米子都有對應的反粒子。費米子是所有物質的基本組成成份。費米子有兩種形式,一種是夸克另一種是輕子,它們最大的不同是前者有色荷交互作用而後者沒有。

  • 夸克具有三种色荷(colour)的特性,分别是(R)、(G)、(B),反夸克具有三种补色,分别是RGB
世代 同位旋 特点 名稱 符号 電荷e 質量(MeV/c2 反粒子 符号 電荷e
1 1/2 Iz=-1/2 下夸克 −1/3 4.7 反下夸克 +1/3
1/2 Iz=+1/2 上夸克 +2/3 2.2 反上夸克 −2/3
2 0 S=-1 奇夸克 −1/3 95 反奇夸克 +1/3
0 C=1 魅夸克 +2/3 1275 反魅夸克 −2/3
3 0 B=-1 底夸克 −1/3 4180 反底夸克 +1/3
0 T=1 頂夸克 +2/3 173000 ± 400 反頂夸克 −2/3
有電荷的粒子及其反粒子 中微子及反中微子
名稱 符號 電荷 質量MeV/c2 名稱 符號 電荷 質量MeV/c2
電子 / 正電子 −1 / +1 0.5109989461 ± 0.0000000031 電中微子 / 反電中微子 0 < 0.0000022
μ子 / 反μ子 −1 / +1 105.6583745 ± 0.00000024 μ中微子 / 反μ中微子 0 < 0.17
τ子 / 反τ子 −1 / +1 1776.86 ± 0.12 τ中微子 / 反τ中微子 0 < 15.5

玻色子(具有整数自旋)

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玻色子有整数自旋基本交互作用是由規範玻色子傳遞,希格斯玻色子涉及到規範玻色子費米子獲得質量的機制。

名稱 符号 電荷(e 自旋 質量(GeV/c2 相互作用
光子 0 1 0 電磁相互作用
W玻色子 +1 / −1 1 80.379 ± 0.012 弱相互作用
Z玻色子 0 1 91.1876 ± 0.0021 弱相互作用
膠子 0 1 0 強相互作用
希格斯玻色子 0 0 125.18 ± 0.16 電弱交互作用
引力子(假想) 0 2 0 引力相互作用

每個膠子帶有一個單位色荷的顏色與一個單位色荷的反顏色。顏色可以是紅色藍色綠色。反顏色可以是反紅色反綠色反藍色。所以,膠子可能處於九種不同的色態,分別為

實際而言,膠子是處於這九種色態的線性獨立組合,色單態並不存在,所以只有八種色態,分別為

      

希格斯玻色子主要是为了解释粒子质量的起源。在被称为希格斯机制的过程中,希格斯玻色子和标准模型中的其他费米子通过的SU(2)规范对称性的自发破缺获得质量。

最小超对称标准模型(MSSM)预测有多个希格斯玻色子()。

引力子被加在列表中,虽然它不是由标准模型预测的,但在量子场论等理论中是存在的。

假想的粒子

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根据超对称理论的预测,标准模型中的每一个粒子都存在一个与其对应,自旋相差1/2的超对称粒子(Superpartner)。虽然目前为止,超对称粒子还没有被实验所证实,但是它们很有可能在欧洲大型强子对撞机中被发现。费米子的超粒子是超费米子(Sfermion),命名时在每种费米子前加一个s。玻色子的超粒子,命名时在每种玻色子后加一个ino。


超夸克(squarks,符号)是夸克对应的超对称粒子,自旋为0。

超夸克
超夸克 规范本征态 质量本征态 自旋 R-宇称 对应夸克 符号 自旋 R-宇称
第一代
标量上夸克 Sup squark 0 -1 上夸克 12 +1
标量下夸克 Sdown squark 0 -1 下夸克 12 +1
第二代
标量粲夸克 Scharm squark 0 -1 粲夸克 12 +1
标量奇夸克 Sstrange squark 0 -1 奇夸克 12 +1
第三代
标量顶夸克 Stop squark 0 -1 顶夸克 12 +1
标量底夸克 Sbottom squark 0 -1 底夸克 12 +1


超轻子(Sleptons,符号)是轻子对应的超对称粒子,自旋为0,包括标量电子标量μ子标量τ子标量中微子。许多标准模型的扩展提出,可能需要解释LSND的结果。一个不参加除引力以外的任何相互作用的标量中微子,MSSM中右旋中微子相对应的粒子,被称为惰性中微子(Sterile neutrino)。

超轻子
超轻子 规范本征态 质量本征态 自旋 R-宇称 对应轻子 符号 自旋 R-宇称
第一代
标量电子 Selectron 0 -1 电子 12 +1
标量电子中微子 Selectron sneutrino 0 -1 电子中微子 12 +1
第二代
标量μ子 Smuon 0 -1 μ子 12 +1
标量μ子中微子 Smuon sneutrino 0 -1 μ子中微子 12 +1
第三代
标量τ子 Stauon 0 -1 τ子 12 +1
标量τ子中微子 Stauon sneutrino 0 -1 τ子中微子 12 +1


超规范子(gaugino,符号)是规范玻色子对应的超对称粒子

超规范子
超规范子 符号 本征态 自旋 R-宇称 规范场论 种类数 注释 对应规范玻色子 符号 自旋 R-宇称 种类数
馬約拉納費米子 Majorana fermion 对应 中性玻色子
超引力子 Gravitino 32 -1 1 引力子 2 +1 1
超膠子 gluino 12 -1 8 胶子 1 +1 8
超B子 Bino 12 -1 1 弱超電荷力 B玻色子 1 +1 1
超W子 Wino 12 -1 3 W玻色子 1 +1 1
超中性子 Neutralino
()

()
12 -1 4 混合態。 希格斯玻色子
Z玻色子光子
1 +1
超光子 photino 12 -1 1 混合态 光子 1 +1 1
超Z子 Zino 12 -1 1 混合态 Z玻色子 1 +1 1
狄拉克费米子 Dirac-Fermionen 对应 荷电玻色子
超荷子 chargino
()
/ ( / )
/ ( / )
12 -1 4 的线性组合。 希格斯玻色子
W玻色子
1 +1
带电超W子 Wino 12 -1 2 混合態。 W玻色子 1 +1 2


超希格斯粒子(Higgsino,符号)是标量玻色子希格斯玻色子对应的超对称粒子

超希格斯粒子
超希格斯粒子 符号 本征态 自旋 R-宇称 对称性 种类数 注释 对应希格斯玻色子 符号 自旋 R-宇称 种类数
超希格斯粒子 12 -1 标量 2 希格斯玻色子 0 +1 1
中性超希格斯粒子 12 -1 标量 2 中性希格斯玻色子 0 +1 1
带电超希格斯粒子 12 -1 标量 2 带电希格斯玻色子 0 +1 2
赝标量超希格斯粒子 12 -1 赝标量 1 赝标量希格斯玻色子 0 +1 1

注:正如光子,Z玻色子和W±玻色子是B0, W0, W1 和 W2的叠加态。相对应地,超光子,zino和wino±是bino0, wino0, wino1 和 wino2的叠加态。


其它理论预言存在另外的玻色子:

其它假设的玻色子
名称 自旋 注释
引力子graviton 2 解释量子引力
对偶引力子dual graviton 2 在超引力的电磁二重性下的对偶引力
引力标量子graviscalar 0 也称为radion
引力光子graviphoton 1 也称为gravivector
轴子axion 0 用来解决CP守衡的问题,暗物质的一个可能的候选者。
超軸子axino 12 也叫轴微子,解决CP守衡的问题在超对称粒子上的扩展。
标量轴子saxion 0
轴味子axiflavon 0 也称为味轴子 flaxion
膜子branon ? 膜宇宙模型。
胀子dilaton 0 一些弦理论的预测。
胀微子dilatino 12 dilaton的超对称粒子
X及Y玻色子 X and Y bosons 1 大统一理论GUT
W'及Z'玻色子 W' and Z' bosons 1 W+′, W′, Z′
暴脹子inflaton 0 暴脹理論假設迄今仍不明的純量場和它的相關粒子
磁单极子Magnetic monopole ? 带单一磁荷的粒子,大统一理论GUT
双荷子dyon ? 既带电荷又带磁荷的粒子,大统一理论GUT
磁光子magnetic photon 1 磁单极和双光子理论
马约拉纳粒子majoron 0 预测中微子质量机制,其反粒子是其本身。
马约拉纳费米子majorana fermion 12 ; 32 ?... 超规范子(Gluinos)、超中性子(neutralinos)及其他。其反粒子是其本身。
变色龙粒子Chameleon particle 0 暗能量和暗物质的一个可能的候选者,可能有助于研究宇宙膨胀。
镜像粒子 Mirror particles ? 重建奇偶对称性
卡魯扎-克萊因粒子 Kaluza-Klein towers ? 是由一些额外维度模型预测,表现为四维时空以外的额外维的额外质量。

夸克和轻子的理论结构模型:

复合粒子

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强子

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强子的八重道强子谱,d、u、s、c

所有受到強相互作用影響的亞原子粒子都被稱為强子

介子(玻色子)

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π介子裡有一個上夸克和一個反下夸克。

介子由一個夸克和一個反夸克組成,夸克偶素(Quarkonium)由正反同一夸克构成的束缚态。

介子的角动量量子数 与 L = 0, 1, 2, 3
自旋S 角動量算符L 總角動量量子數J
宇稱P
P=(−1)L+1
C-宇称C
C=(−1)L+S
JPC 介子的类型
0 0 0 + 0−+ 赝标量介子(Pseudoscalar meson)
1 1 + 1+− 赝矢量介子(Pseudovector meson)
2 2 + 2−+
3 3 + 3+−
1 0 1 1−− 矢量介子(Vector meson)
1 2, 1, 0 + + 2++, 1++, 0++ 标量介子(Scalar meson)0++
轴矢量介子(Axial-vector meson)1++
张量介子(Tensor meson)2++
2 3, 2, 1 3−−, 2−−, 1−− 矢量介子(Vector meson)1−−
赝张量介子(Pseudotensor meson)2−−
3 4, 3, 2 + + 4++, 3++, 2++ 张量介子(Tensor meson)2++


介子的分类与命名

无味介子的命名(味量子数等于0)
JPC 0−+, 2−+, 4−+, ... 1+−, 3+−, 5+−, ... 1−−, 2−−, 3−−, ... 0++, 1++, 2++, ...
2S+1LJ I 1(S, D, …)J 1(P, F, …)J 3(S, D, …)J 3(P, F, …)J


1 π+
π0
π-
b+
b0
b-
ρ+
ρ0
ρ-
a+
a0
a-

0 η
η′
h
h′
ω
ϕ′
f
f′
0 ηc hc ψ†† χc
0 ηb hb ϒ χb
0 ηt ht θ χt
1 Πc Zc Rc Wc
1 Πb Zb Rb Wb
1 Πt Zt Rt Wt

C-宇称只与中性介子有关。

††JPC=1−−(1³S1)时ψ介子被称为J/ψ介子

由于一些符号可能指向一个以上的粒子,因此有一些额外的规则:

  • JPC=0的是标量介子,JPC=1是矢量介子,JPC=2是张量介子,对于其余的介子,J 数字被添加到下标:a0a1χc1等。
  • 对于大多数ψϒχ的状态,通常会增加能级信息的表示:ϒ(1S)ϒ(2S)。第一个数字是主量子数,字母是能级符号L,省略了多重性,因为它隐含在符号中,J 在需要时标识:χb1(1P),如果没有获得能级信息,则在括号中添加质量(单位:MeV/c2):ϒ(9460)
  • 符号不能区分干净夸克态和胶球态,因此胶球使用同样的标记方案。对于具有JPC奇异量子数 (JPC = 0−−,0+−、2+−、4+− …、1−+、3−+、5−+ …)的介子,使用与JP 相同介子的相同符号,将J标识出,同位旋(I=0)的JPC = 1−+标记为ω1。当粒子的量子数未知时被称为X,Y,Z,在括号中用质量表示。
味介子的命名

  • 混合产生,短寿命的PC = +1),长寿命的PC = -1)。
  • 如果JP是正规级数,包括正宇称 (JP = 0+, 2+, …)和负宇称 (JP = 1, 3, …)在符号上添加上标()。
  • 如果不是赝标量介子(JP = 0)或矢量介子(JP = 1)将(JP)添加为符号下标。
  • 当介子的共振态已知时,在括号中加上。当共振状态未知时,在括号中添加质量(单位:MeV/c2)。介子处于基态时,括号中不加任何东西。

重子(费米子)

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質子裡有兩個上夸克和一個下夸克。

重子由三個夸克反夸克組成。双夸克(Diquark)或双夸克关联/聚类是一个假设状态,重子内的三个夸克分成两组,相应的重子模型称为夸克-双夸克模型。双夸克通常被视为一个亚原子粒子,第三夸克通过强相互作用与之相互作用。二夸克的存在是一个有争议的问题,但它有助于解释某些核子性质,并重现对核子结构敏感的实验数据。

重子的角动量量子数 与 for L = 0, 1, 2, 3
自旋S 角動量算符L 總角動量量子數J
宇稱P
P=(−1)L
JP
1/2 0 1/2 + 1/2+
1 3/2, 1/2 3/2, 1/2
2 5/2, 3/2 + 5/2+, 3/2+
3 7/2, 5/2 7/2, 5/2
3/2 0 3/2 + 3/2+
1 5/2, 3/2, 1/2 5/2, 3/2, 1/2
2 7/2, 5/2, 3/2, 1/2 + 7/2+, 5/2+, 3/2+, 1/2+
3 9/2, 7/2, 5/2, 3/2 9/2, 7/2, 5/2, 3/2

重子的分类与命名

根据同位旋(I)和所含夸克的种类将重子分为两类六组:

命名规则依据的是轻夸克(上夸克、下夸克、奇夸克)与重夸克(粲夸克、底夸克、顶夸克)的组合情况,规则涵盖了六种夸克所有可能的三夸克组合的情况,包括包含顶夸克的组合:

  • 重子包含三个(
    u

    d
    )夸克:
    N
    (I = 1/2) 、
    Δ
    (I = 3/2)
  • 重子包含两个(
    u

    d
    )夸克和一个(
    s
    )夸克:
    Λ
    (I = 0) 、
    Σ
    (I = 1),如果
    s
    夸克是重夸克(
    c

    b

    t
    )将夸克符号标为下标
  • 重子包含一个(
    u

    d
    )夸克和两个(
    s
    )夸克:
    Ξ
    (I = 1/2),如果
    s
    夸克是重夸克(
    c

    b

    t
    )将夸克符号标为下标
  • 重子没有包含(
    u

    d
    )夸克,包含了三个(
    s
    )夸克:
    Ω
    (I = 0),如果
    s
    夸克是重夸克(
    c

    b

    t
    )将夸克符号标为下标
  • 對於重子強衰變粒子,JP值被視為其名稱的一部份,共振態的质量添加在括号中(单位:MeV/c2)。
重子 核子(N) Δ重子 Λ重子 Σ重子 Ξ重子 Ω重子
包含()夸克 3 2 1 0
包含()夸克 0 1 2 3
同位旋 () 12 32 0 1 12 0
2 4 1 3 2 1

实际使用时还有一些额外的规则对重子之间进行区别,会用到一些不同的符号:

  • 只含有一種夸克的重子(如 uuu 和 ddd)存在 JP = 32+ 組態,而 JP = 12+ 組態是泡利不相容原理所不允許的。
  • 含有二種夸克的重子(如 uud 和 uus)和三種夸克的重子(如 uds 和 udc)可以存在JP = 12+JP = 32+ 两种組態,添加上标()区别。
  • 含有三種夸克的重子(例如 uds 和 udc)可以存在JP = 12+ 的两种組態。添加上标()区别。
  • 根据重子的电荷数添加上标(0+-)。


重子的命名
N 夸克 JP


Σ JP=12+ 夸克 JP Σ JP=32+ 夸克 JP ΞJP=12+ 夸克 JP ΞJP=32+ 夸克 JP ΩJP=12+ 夸克 JP ΩJP=32+ 夸克 JP

p
/
p+
/
N+

u

u

d
12+
Σ+

u

u

s
12+
Σ∗+

u

u

s
32+
Ξ0

u

s

s
12+*
Ξ∗0

u

s

s
32+
Ω

s

s

s
32+

n
/
n0
/
N0

u

d

d
12+
Σ0

u

d

s
12+
Σ∗0

u

d

s
32+
Ξ

d

s

s
12+*
Ξ∗−

d

s

s
32+
Ω0
c

s

s

c
12+
Ω∗0
c

s

s

c
32+

Σ

d

d

s
12+
Σ∗−

d

d

s
32+
Ξ+
c

u

s

c
12* +*
Ξ∗+
c

u

s

c
32+
Ω
b

s

s

b
12+
Ω∗−
b

s

s

b
32+
Δ 夸克 JP
Σ++
c

u

u

c
12+
Σ∗++
c

u

u

c
32+
Ξ0
c

d

s

c
12* +*
Ξ0
c

d

s

c
32+
Ω+
cc

s

c

c
12+
Ω∗+
cc

s

c

c
32+

Δ++

u

u

u
32+
Σ+
c

u

d

c
12+
Σ∗+
c

u

d

c
32+
Ξ′+
c

u

s

c
12+
Ω0
cb

s

c

b
12+
Ω∗0
cb

s

c

b
32+

Δ+

u

u

d
32+
Σ0
c

d

d

c
12+
Σ∗0
c

d

d

c
32+
Ξ′0
c

d

s

c
12+
Ω′0
cb

s

c

b
12+

Δ0

u

d

d
32+
Σ+
b

u

u

b
12+
Σ∗+
b

u

u

b
32+
Ξ++
cc

u

c

c
12* +*
Ξ∗++
cc

u

c

c
32+
Ω
bb

s

b

b
12+
Ω∗−
bb

s

b

b
32+

Δ

d

d

d
32+
Σ0
b

u

d

b
12+
Σ∗0
b

u

d

b
32+
Ξ+
cc

d

c

c
12* +*
Ξ∗+
cc

d

c

c
32+
Ω++
ccc

c

c

c
32+

Σ
b

d

d

b
12+
Σ∗−
b

d

d

b
32+
Ξ0
b

u

s

b
12* +*
Ξ∗0
b

u

s

b
32+
Ω+
ccb

c

c

b
12+
Ω∗+
ccb

c

c

b
32+
Λ 夸克 JP
Σ++
t

u

u

t
12+
Σ∗++
t

u

u

t
32+
Ξ
b

d

s

b
12* +*
Ξ∗−
b

d

s

b
32+
Ω0
cbb

c

b

b
12+
Ω∗0
cbb

c

b

b
32+

Λ0

u

d

s
12+
Σ+
t

u

d

t
12+
Σ∗+
t

u

d

t
32+
Ξ′0
b

u

s

b
12+
Ω
bbb

b

b

b
32+

Λ+
c

u

d

c
12+
Σ0
t

d

d

t
12+
Σ∗0
t

d

d

t
32+
Ξ′
b

d

s

b
12+

Λ0
b

u

d

b
12+
Ξ0
bb

u

b

b
12* +*
Ξ∗0
bb

u

b

b
32+

Λ+
t

u

d

t
32+
Ξ
bb

d

b

b
12* +*
Ξ∗−
bb

d

b

b
32+

Ξ+
cb

u

c

b
12* +
Ξ∗+
cb

u

c

b
32+

Ξ0
cb

d

c

b
12* +*
Ξ∗0
cb

d

c

b
32+

非常规强子态

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非常规(nonconventional)强子态,奇異強子(Exotic hadron),也称为外来态或奇异态(exotic states),QCD理论不禁止包含的基本粒子不是2个或者3个夸克的强子

  • 胶球(Glueball):
  • 混杂态(Hybrid):
  • 多夸克态(Multiquark state):
  • 分子态(Molecule):

奇異介子,由多于一个夸克和一个反夸克组成或由纯胶球组成自旋總是整數

  • 具有JPC奇异量子数 (JPC = 0−−,0+−、2+−、4+− …、1−+、3−+、5−+ …)的介子。
  • 膠球(Glueballs或Gluonium)- 由两个胶子或三个胶子组成,膠子與膠子之間通過自耦合,形成束縛態。质子之间的碰撞交换的偶数胶子球是坡密子(Pomeron),相对应的奇数胶子球是奇数子(odderon)。
  • 四夸克态(Tetraquark)- 由两个夸克和两个反夸克组成束缚态,或者由两个夸克组成分子态即介子分子(Mesonic molecule)和介子偶素(mesonium),还可能存在的组合方式双夸克偶素(Diquark-onium,正夸克对与反夸克对的束缚态),强子夸克偶素(Hadro-quarkonium),夸克偶素伴随介子(Quarkonium adjoint Meson)。
  • 六夸克态(Hexquark)- 由三个夸克反夸克对组成束缚态,或者由三对夸克反夸克对组成分子态。
  • 介子混雜態(hybrid mesons)- 夸克胶子混雜態(Hybrids)-由一個夸克和一個反夸克與一個膠子形成混雜態。

奇異重子,由多于三个夸克或和三个反夸克组成自旋總是半整數

  • 五夸克态(Pentaquark)- 是由四個夸克和一個反夸克組成束缚态,或者由重子和介子组成分子态即重子介子分子(baryonic-mesonic molecules)。
  • 双重子态(Dibaryo)- 由两个重子組成束缚态即重子分子(baryonic molecules),具有六个夸克或六个反夸克。
  • 重子偶素(Baryonium)- 由重子反重子组成束缚态。
  • 七夸克态(Heptaquark)- 由五個夸克和两個反夸克組成。
  • 重子混雜態(hybrid baryons)- 夸克胶子混雜態(Hybrids)由三個夸克或三個反夸克與一個膠子形成混合態。
  • 超對稱R-重子- 具有三个夸克或三个反夸克和一顆超膠子組成。

原子核

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一個原子的示意圖,原子中紅色的是質子,紫色的是中子,而外圍黑色的暈就是電子雲

每一種原子核都有特定數量的中子質子,一種原子核會以衰變的方式變成另一種原子核。

原子

[