基本粒子

本單元所述，依據「標準模型」。

大強子對撞機

CERN大型強子對撞機位置圖

LHC的超導電四極電磁鐵

大型強子對撞機(LHC)是一座位於瑞士日內瓦近郊歐洲核子研究組織的對撞型粒子加速器，作為國際高能物理學研究之用。LHC已經建造完成，2008年9月10日開始試運轉，並且成功地維持了兩質子束在軌道中運行，成為世界上最大的粒子加速器設施。 大型強子對撞機是在一個圓周為27公里的圓形隧道內，該隧道因當地地形的起伏而位於地下約50至150公尺之間。隧道本身直徑三公尺，位於同一平面上，並貫穿瑞士與法國邊境，主要的部份大半位於法國。雖然隧道本身位於地底下，尚有許多地面設施如冷卻壓縮機，通風設備，控制電機設備，還有冷凍槽等等建構於其上。 加速器通道中，主要是放置兩個質子束管。由於須維持前所未有高能量的粒子運行，加速管由超導磁鐵所包覆，以液態氦來冷卻。管中的質子是以相反的方向，環繞著整個環型加速器運行。除此之外，在四個實驗碰撞點附近，另有安裝其他的二極偏向磁鐵及四極聚焦磁鐵。

基本粒子

進階的講義

銅板上的一氧化碳，只能看見氧原子(放大一億倍)

守恆律

1. 在基本粒子的世界中，基本粒子可以無中生有，也可以相互淹滅，但過程必須遵守各種守恆律。
2. 質能守恆：能量可以從虛無中化生成一對正反粒子，正反粒子也可以相互淹滅轉為能量。但其過程須遵守質能守恆定律。質能間的轉換比即為 E=mc² 。
3. 電荷(Q)守恆：任何過程電荷總量不變。

物質基本粒子

• 十二種物質基本粒子簡單圖示
• 物質基本粒子簡表：

I世代	II世代	III世代	電荷(Q)
上(u)	魅(粲)(c)	頂(t)	2/3
下(d)	奇(異)(s)	底(b)	-1/3
微中子(νe)	渺微中子(νμ)	濤微中子(ντ)	0
電子(e)	渺子(μ)	濤子(τ)	-1

• 上表諸粒子均有靜質量，參與重力作用。
• 只有 I世代 的基本粒子是穩定的。
• 質子與中子的組成
  1. 質子
  2. 中子

載力基本粒子

吸力圖示

斥力圖示

粒子				自旋	電荷	質量	作用力
玻色子 整數自旋	規範傳播子	光子(γ)		1	0	0	電磁力
		弱玻色子	W±	1	±1	15.7萬	弱力
			Z	1	0	17.8萬	弱力
		膠子(g)		1	0	0	強力
		引力子(G)		2	0	0	重力
	希格斯粒子(H)			0	0	待測	電弱

基本作用力：力(荷、場、傳播子)

• 電磁力：電荷透過發射或吸收光子產生作用力。
• 弱作用力：夸克透過發射或吸收弱玻色子改變風味(種類)，因為比電磁力弱所以叫弱作用力。
• 強作用力：夸克透過發射或吸收膠子，而束縛在一起。
• 萬有引力：帶質量的粒子透過交換重力子相互產生引力。
• 希格斯機制，帶質量的基本粒子和希格斯粒子間的作用減慢速度。

剩餘的強作用力

質子或中子中的夸克與另一質子或中子中的夸克產生強作用力，克服質子間的排斥力，使原子核不致飛散。

剩餘的電磁作用力

原子中的質子與另一原子中的電子產生的吸力，克服原子間的斥力，使原子可以結合成分子。

質量與重力的區別

1. 質量：希格斯機制，空間中布滿希格斯粒子，明星來了「粉絲希格斯粒子」圍上去，使明星變得前進緩慢，形成「慣性」，這是質量的起源。如果非明星來了，將以光速通過布滿希格斯粒子的空間。
2. 重力：兩個有質量的粒子，可以對拋重力子，形成重力。

「標準模型」主程式

世界上最美的方程式