37種基本粒子,高能物理

描寫基本粒子的最成功的理論是標準模型理論， 它使用規範玻色子來描寫強交互作用、弱交互作用和電磁交互作用。 光子、W 及 Z 玻色子和膠子都屬於規範玻色子。 此外按標準模型理論物質是由37種基本粒子組成的，最後這個理論還預言了希格斯玻色子。 這些基本粒子相互結合可以形成更加複雜的粒子。 從1960年代以來實驗物理學家已經發現和觀察到了上百種複合粒子了。 粒子物理學是研究組成物質和射線的基本粒子以及它們之間的交互作用的物理學的一個分支。 由於許多基本粒子在大自然在一般條件下不存在或不單獨出現， 物理學家只有使用粒子加速器在高能相撞的條件下才能生產和研究它們，因此粒子物理學也被稱為高能物理學。 粒子物理學的研究集中在亞原子粒子上。 這些粒子的結構比原子要小，其中包括原子的組成部分如電子、質子和中子 （質子和中子本身又是由夸克所組成的粒子） 和放射和散射所造成的粒子如光子、微中子和緲子，以及許多其它奇特的粒子。 ========== 微中子（義：Neutrino，字面上的意義為「微小的電中性粒子」，又譯中微子），是輕子的一種，其自旋量子數為½，符號為希臘字母\ \nu。 微中子有三種：電微中子（符號為\ \nu_{e}）、μ微中子（符號為\ \nu_{\mu}）和τ微中子（符號為\ \nu_{\tau}）， 分別對應於相應的輕子：電子、μ子和τ子。 所有微中子都不帶電荷，不參與電磁交互作用和強交互作用，但參與弱交互作用。 標準模型的假設裡微中子的靜止質量為零，但可以通過修改標準模型使微中子有非零的質量。 反粒子是相對於正常粒子而言的，它們的質量、壽命、自旋都與正常粒子相同， 但是所有的內部相加性量子數（比如電荷、重子數、奇異數等）都與正常粒子大小相同、符號相反。 緲子（渺子，muon）是一種帶有一個單位負電荷、自旋為1/2的基本粒子。 緲子與同屬於輕子的電子和τ子具有相似的性質，人們至今未發現輕子具有任何內部結構。 歷史上曾經將緲子稱為μ介子，但現代粒子物理學認為緲子並不屬於介子（參見歷史）。 每一種基本粒子都有與之對應的反粒子，緲子的反粒子是反緲子。 反緲子（μ+）與緲子（μ-）相比只是帶一個單位的正電荷，質量、自旋等性質完全相同，因此又叫做正緲子。 ============================== 光子（Photon）原稱光量子（light quantum），是傳遞電磁相互作用的基本粒子，是一種規範玻色子。 光子是電磁輻射的載體，而在量子場論中光子被認為是電磁相互作用的媒介子。 與大多數基本粒子（如電子和夸克）相比，光子的靜止質量為零，這意味著其在真空中的傳播速度是光速。 與其他粒子一樣，光子具有波粒二象性： 光子能夠表現出經典波的折射、干涉、衍射等性質 （關於光子的波動性是經典電磁理論描述的電磁波的波動還是量子力學描述的機率波的波動這一問題請參考下文波粒二象性和不確定性原理）； 而光子的粒子性則表現為和物質相互作用時不像經典的波那樣可以傳遞任意值的能量，光子只能傳遞量子化的能量， 即： E = h\nu\, 這裡h\,是普朗克常數，\nu\,是光波的頻率。 對可見光而言，單個光子攜帶的能量約為4×10-19焦耳，這樣大小的能量足以激發起眼睛上感光細胞的一個分子，從而引起視覺。 除能量以外，光子還具有動量和偏振態，不過由於有量子力學定律的制約， 單個光子沒有確定的動量或偏振態，而只存在測量其位置、動量或偏振時得到對應本徵值的機率。 ============================== 光子的概念也應用到物理學外的其他領域當中，如光化學、雙光子激發顯微技術，以及分子間距的測量等。 在當代相關研究中，光子是研究量子計算機的基本元素，也在複雜的光通信技術，例如量子密碼學等領域有重要的研究價值。 ============================== 半導體靠控制積體電路來記錄及運算資訊，量子電腦則希望控制原子或小分子的狀態，記錄和運算資訊。 1994年，貝爾實驗室的專家彼得·秀爾（Peter Shor）證明量子電腦能做出離散對數運算，而且速度遠勝傳統電腦。 因為量子不像半導體只能記錄0與1，可以同時表示多種狀態。 如果把半導體比喻成單一樂器，量子電腦就像交響樂團，一次運算可以處理多種不同狀況， 因此，一個40位元的量子電腦，就能在很短時間內解開1024位元電腦花上數十年解決的問題。 ==============================