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。
费米子是自旋为半奇数粒子的统称,有时也称为物质粒子。而夸克与轻子,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)其所在的希格斯场,则负责产生了(静)质量。
这两类玻色子(规范玻色子与希格斯玻色子),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。
事实上,规范玻色子需要满足规范对称性,即不能有质量,因为存在质量会破坏对称性,而希格斯场的作用,即满足了规律的对称性,也赋予了某些规范玻色子的质量。
规范对称性(Gauge Symmetry)——是拉格朗日函数和运动方程,在对称操作下保持不变的性质,即:对称变换后所有物理量和物理规律保持不变;其中规范,是调节物理系统中拉格朗日函数的冗余自由度。
拉格朗日函数(Lagrangian Function)——是粒子系统的动能减去其势能的运算。
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。
而在费米子与玻色子之中,会有很多不可区分的全同粒子,如电子与电子、光子与光子,即:每一类粒子,都是全同粒子。
那么,在全同粒子之间,会有强烈的相互作用:一类是全同费米子,具有强烈相斥作用;一类是全同玻色子, 都可以凝聚到能量最低态。
另外,费米子——遵循泡利不相容原理(Pauli Exclusion Principle),即:在费米子组成的系统中,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——则不遵守这个原理,即:在玻色子组成的系统中,多个玻色子可以处于同一个量子态。
于是,费米子系统——不能有全同粒子,量子态可以计数;玻色子系统——可以有全同粒子,量子态不可计数。
量子态相同,就没有办法计数的原因在于,粒子没有明确的轨道,由于不确定性原理,它可以出现的位置是“概率云”,所以就没有办法追踪多个相同量子态中的一个,即不能给相同的量子态“编号”,这样多个相同的量子态就没办法区分,只能算一个,同时测量还会改变全同粒子的量子态,使其变得不同。
而量子态计数对应了微观时间变化的来源,因此,费米子构建的上层物质,也就拥有时间。
量子态与时间的关系,参看主题相关文章。
微观粒子的构成关系
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,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99.97%以上。如果原子是一个足球场,那原子核只是足球场中的一个铅笔大小;如果把原子核放大成网球,那电子会比灰尘颗粒还小,并且其运动轨道将在1000米以外。
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1800倍以上,且均由三个(不同种类的)夸克构成——由于质子带正电,中子不带电,电子带负电,且质子数与电子数相同,所以原子是电中性。
那么夸克,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——因为夸克禁闭,令夸克不能独立存在,只能以复合粒子的形式出现。
最后,基本粒子中,轻子(如电子、中微子)和规范玻色子,包括希格斯粒子,则可以独立存在,但所有基本粒子都是点粒子,即没有可观测的体积与结构。
物质粒子
物质粒子,正好分成三组,通常被称为“族”或“代”,而每一族或每一代,包括2个夸克和1个电子(或电子的兄弟),以及1个相应的中微子。
第一族(第一代),电子、电子中微子、上夸克、下夸克。
第二族(第二代),渺子(μ子)、渺子中微子、粲夸克、奇夸克。
第三族(第三代),陶子(τ子)、陶子中微子、顶夸克、底夸克。
需要指出的是,在三族中,对应列的粒子,除了质量依次增大,其它性质是完全一样的。

图片来自维基百科
物理学家,现在追溯到了一百亿亿分之一米尺度上的物质结构,证明了我们到目前为止所遇到的每一样事物——不论是自然出现的,还是通过加速器人工产生的——都是由这三族粒子和它们的反物质粒子,组合而成的复合粒子,所构成的。
然而,数不清的“为什么”接踵而来,弦理论专家——布赖恩·格林(Brian Greene),在《宇宙的琴弦》中指出:
为什么有那么多基本粒子——特别是,我们周围世界的大多数事物——似乎只需要电子、上夸克和下夸克就够了?
为什么有三族?为什么不是一族、四族或者更多?
为什么粒子质量看起来是随机分布的?——如为什么τ轻子比电子重约3520倍?为什么顶夸克比上夸克重40200倍?
这些数都很奇怪,似乎是随机数,它们是偶然出现的,还是什么神灵选择的?
我们宇宙的这些基本特征,能有一个综合的科学解释吗?
值得指出的是,粒子物理的标准模型只是一个近似理论,尽管它可以预测很多实验结果,但其自身有很多很大的缺陷,从美学角度看,也不够简洁优雅。
粒子名称统计
不同角度的分类
亚原子——是指比原子还小的粒子统称,也称次原子。
费米子——是自旋为半奇数粒子的统称,有复合粒子与基本粒子。
玻色子——是自旋为整数粒子的统称,包含规范玻色子,有复合粒子与基本粒子。
规范玻色子——是传递相互作用力的基本粒子——有光子、胶子、W和Z玻色子,引力子(未证实)。
基本粒子——是不可分割的点粒子——有夸克、轻子、规范玻色子、希格斯粒子(不确定是否有内部结构)。
复合粒子——是由多个基本粒子组成的粒子。
反粒子——是质量、寿命、自旋与对应粒子相同,但其它所有性质(如电荷)会尽可能的相反,即大小相同符号相反。并且,粒子具有对称性,每一种粒子都有一种反粒子,而反粒子构成了反物质,与正物质相对。正反粒子相遇就发生湮灭,令质量转化为能量。
奇异粒子——是有奇异数不为0的粒子,它们的奇特性质是结伴产生、产生快、衰变慢,起初对此无法解释,故称奇异粒子(奇异数,是描述粒子内部性质的一个量子数)。
微观粒子23个为大量的粒子。
科学家通过测量,规定6.02×10 23 个微观粒子为一个单位,称为1摩尔,因此1摩尔任何物质都约含有6.02×10 23 个微粒思。
粒子数是具体的多少个
物质的量也是具体的多少个
只是物质的量用了一个单位,可以便利的表示大量的粒子
这就好比12和一打的关系一样