物质的微观组成
显然,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。而费米子是自旋为半整数(即半奇数)粒子的统称,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)则负责传递了(可观测的)质量。这两类粒子,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。
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——传递了相互作用和质量。
另外,费米子——遵循泡利不相容原理(Pauli Exclusion Principle),即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——则不遵守泡利不相容原理,即多个全同玻色子可以同时处于同一个量子态。而量子态的计数则对应着时间的本质,具体解读参看下面的链接文章。
科学解读:什么是时间?什么是空间?它们的本质是什么?
微观粒子的构成关系
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(即元素),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99.96%以上。
如果原子是一个足球场,原子核只是足球场中的一个铅笔大小。
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1836倍,且均由三个(不同种类的)夸克构成。这些夸克,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。
事实上,夸克并不能独立存在,只能以复合粒子的形式出现。而基本粒子中,轻子(如电子、中微子)和规范玻色子,包括希格斯玻色子,则可以独立存在。但所有基本粒子都是点粒子,没有可观测的体积与结构。
帮助理解(来自作者统计归纳),概括性列出一些概念:
亚原子——是指比原子还小的粒子,也称次原子。
质子——是亚原子(也是复合粒子,属于费米子),正电荷、正自旋磁矩、自旋1/2。
中子——是亚原子(也是复合粒子,属于费米子),无电荷、负自旋磁矩、自旋1/2。
电子——是亚原子(也是基本粒子,属于轻子、费米子),负电荷、负自旋磁矩、自旋1/2。
反质子——是质子的反粒子,仅电荷和自旋磁矩,与质子相反。
反中子——是中子的反粒子,仅自旋磁矩,与中子相反。
自旋磁矩——是粒子自旋形成闭合电流产生电磁场,进而产生的磁性力矩,其强度与自旋角动量相关。正表示与自旋方向一致(正电荷自旋),负则相反(负电荷自旋)。