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亞原子粒子(次原子粒子)是指組成原子的一些基本粒子。
中子(neutron)是一種電中性的粒子,具有與質子大約相同的質量。中子屬於重子類,由兩個下夸克和一個上夸克構成。 絕大多數的原子核都由中子和質子組成(僅有一種氫原子的同位素例外,它由一個質子構成)。在原子核外,中子性質不穩定,半衰期為15分鐘。中子衰變時釋放一個電子和一個反中微子而成為質子。同樣的衰變過程在一些原子核中也存在。原子核中的中子和質子可以通過吸收和釋放π介子互相轉換。中子是由劍橋大學卡文迪許實驗室的英國物理學家1932年發現的。
中子和其它常見的次原子粒子最大的分別在於本身不帶電荷。但其實只是因為下夸克和上夸克的電荷互相抵消。 這分別使得它在較後期才被發現,令它穿透性強,無法直接進行觀察,也令它在核轉變中成為非常重要的媒介物。
質子(proton)是一種帶 1.6 × 10-19 庫侖(C)正電荷的亞原子粒子,質量是938百萬電子伏特(MeV),即1.6726231 × 10-27 kg,大約是電子質量的1836.5倍。質子屬於重子類,由兩個上夸克和一個下夸克通過膠子在強相互作用下構成。
原子核中質子數目決定其化學性質和它屬於何種化學元素。氫原子最常見的同位素的原子核由一個質子構成。其它原子的原子核則由質子和中子在強相互作用下構成。
至今為止質子被認為是一種穩定的、不衰變的粒子。但也有理論認為質子可能衰變,只不過其壽命非常長。到今天為止物理學家沒有能夠獲得任何可能理解為質子衰變的實驗數據。
電子屬(electron)於亞原子粒子中的輕子類。 輕子被認為是構成物質的基本粒子之一,即其無法被分解為更小的粒子。它帶有1/2自旋,即又是一種費米子(按照費米—狄拉克統計)。電子所帶電荷為-1.6 × 10-19庫侖,質量為9.10 × 10-31 kg (0.51 MeV/c2)。通常被表示為e-。 電子的反粒子是正電子,它帶有與電子相同的質量,自旋和等量的正電荷。
物質的基本構成單位——原子 是由電子、中子和質子三者共同組成。相對於中子和質子組成的原子核,電子的質量極小。質子的質量大約是電子的1840倍。
介子(meson)是自旋為整數、重子數為零的強子,參與強相互作用。介子屬於強子類。
根據夸克模型,介子是由一個夸克和一個反夸克組成的束縛態,這一對夸克和反夸克可以是不同味的。
1935年,日本物理學家湯川秀樹提出了介子場理論,預言存在一種「介子」,參與了核子之間的強相互作用,並預言這種介子的質量應該為電子的200倍。1936年,美國物理學家安德森在宇宙射線中發現了一種帶單位正電荷或負電荷的粒子,質量為電子的206.77倍,人們以為它就是湯川秀樹預言的介子,把它叫做μ介子,後來發現這種粒子其實並不參與強相互作用,是一種輕子,所以改名μ子。
1947年英國物理學家鮑威爾在宇宙射線中又發現了一種粒子,帶單位正電荷或負電荷,質量為電子的273倍,與核子有很強的相互作用,平均壽命2.60310×10-8秒,這才是湯川秀樹預言的介子,叫做π介子。π+介子和π-介子互為反粒子。1950年又發現了π0介子。
其他的介子還有:K介子,η介子等。
強子(hadron)是一種亞原子粒子,所有受到強相互作用影響的亞原子粒子都被稱為強子。按目前的物理理論強子是由夸克、反夸克和膠子組成的。膠子是量子色動力學中的力子,它將夸克連在一起,強子是這些連接的產物。
按其組成夸克的不同,強子還可以分為:
重子:重子由三個夸克或三個反夸克組成,它們的自旋總是半數的,也就是說,它們是費米子。它們包括人們比較熟悉的組成原子核的質子和中子和一般鮮為人知的超子(比如Δ、Λ、Σ、Ξ和Ω),這些超子一般比核子重,而且壽命非常短。
介子:介子由一個夸克和一個反夸克組成,它們的自旋是整數的,也就是說,它們是玻色子。介子有許多種。在高空射線與地球空氣相互作用時會產生介子。
夸克(quark)組成中子、質子這一類強子是由更基本的單元。它們具有分數電荷,是電子電量的2/3或-1/3倍,自旋為1/2。最初解釋強相互作用粒子的理論需要三種夸克,叫做夸克的三種味(flavor),它們分別是上夸克(up,u)、下夸克(down,d)和奇異夸克(strange,s)。1974年發現了J/ψ粒子,要求引入第四種夸克粲夸克(魅夸克)(charm,c)。1977年發現了Υ粒子,要求引入第五種夸克底夸克(美夸克)(bottom/beauty,b)。1994年發現第六種夸克頂夸克(top,t),人們相信這是最後一種夸克。 夸克理論認為,所有的重子都是由三個夸克組成的,反重子則是由三個相應的反夸克組成的。比如質子(uud),中子(udd)。夸克理論還預言了存在一種由三個奇異夸克組成的粒子(sss),這種粒子於1964年在氫氣泡室中觀測到,叫做負ω粒子。頂、底、奇、魅夸克由於質量太大(參見下表),很短的時間內就會衰變成上夸克或下夸克。
分子(molecule)物質組成的一種基本單位名稱。分子是能單獨存在、並保持純物質的化學性質的最小粒子。
正電子(positron)(又稱陽電子、反電子、正子),是帶正電荷的電子,屬於電子的反粒子。它帶有+1單位電荷,即+1.6×10-19C,自旋為1/2,質量與電子相同,皆為9.10×10-31kg。1930年英國物理學家P.Dirac從理論上預言了正電子的存在,1932年美國物理學家C.D.Anderson在宇宙射線中發現了正電子的存在。
原子(atom)(希臘語為 άτομος 或 átomos 解作「不可見」),是化學元素最小組成單元,是組成分子和物質的基本單元,它具有該元素的化學性質。原子由帶正電荷的原子核和在原子核的庫侖場中運動的帶負電的電子組成。核電荷數或原子序數Z,是組成原子核的質子數。原子是非常微小的粒子。假設原子是球體的話,典型原子的直徑大約是10-8厘米, 質量大約是10-23克。
重子((baryon)是由三個夸克(或者三個反夸克組成反重子)組成的基本粒子。最常見的重子有質子和中子(合稱為核子),其它重子有比這兩個粒子重的粒子(所謂的超子)。重子這個稱呼是指其質量相對重於輕子和介於兩者之間的介子起的。
重子是強相互作用的費米子,也就是說它們遵守費米-狄拉克統計和泡利不相容原理,通過組成它們的夸克它們參加強相互作用。同時它們也參加弱相互作用和引力。帶電荷的重子也參加電磁力作用。