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标准模型中粒子的分类:μ介子为何变成μ子

科学探索万象经验2023-05-08

让我们先谈谈可以表征粒子的一些明显方法。首先,它们可以按质量分为大、中、小三类。其次,它们可以分为不同种类的自旋,比如说是自旋基本单位的整数倍半整数倍。再次,它们还可以按电荷进行分类,粒子要么带有电荷,要么是中性的。最后,可以将粒子分类为是否可以感受到强力,这在历史上是很重要的。

过时的质量分类法

有非常轻的电子和中微子,质量不超过质子质量的0.05%。因为它是如此之小,所以这些粒子被称为轻子。相比之下,有些粒子的质量和质子相当,或者可能是质子质量的两倍,因为它们是粒子世界的胖子,所以它们被称为重子。最后,在轻子和重子之间有质量的粒子,它们的质量在大约10%到50%的质子范围内,这些粒子被称为介子,意思是介于两者之间。
(www.ws46.cOm)

现在,这种基于质量的分类是有道理的,但事实证明它是错误的。重子可以感受到强力,而轻子则没有。介子也能感受到强力,但μ介子除外,这是一个低质量的介子,感受不到强力。能感受到强力的粒子称为强子。在自旋方面,有整数自旋的粒子在印度物理学家萨特延德拉·纳特·玻色之后被称为玻色子,他开发了描述它们相互作用的数学,并与爱因斯坦联合发表了论文。费米子是具有半整数自旋的粒子,以恩科·费米的名字进行命名,他与保罗·狄拉克一起开创了描述它们的数学。重子和轻子都是费米子,而大多数介子是玻色子,然而μ介子又搞特殊了,它是费米子。

μ介子变成了μ子

夸克是自旋为1/2的费米子,自旋的方向可以向上或向下,因此他们可以有 1/2或-1/2的自旋。夸克可以感受到强力,而μ介子没有,那么很明显它属于轻子的范围而不是介子,于是μ介子变成了μ子。

所以现在我们已经准备好用正确的方法来表征粒子了。粒子的自旋可以区分费米子和玻色子。轻子不包含夸克,但强子包含夸克,介子和重子都是强子。介子包含一个夸克和一个反夸克,重子包含三个夸克。由于夸克的自旋为±1/2,因此介子的自旋为整数自旋:-1、0、 1,所以它们都是玻色子;而重子有三个夸克,所以它的自旋为半整数自旋: 3/2、 1/2、-1/2、-3/2,因此重子都是费米子。轻子不再包含更基本的粒子,有点像夸克但感觉不到强力,轻子是费米子。

有一些玻色子不携带夸克,它们是光子、W和Z玻色子、胶子和希格斯玻色子,它们都是介导力的粒子。

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