基本粒子和准粒子（四种基本作用力和四类基本粒子）

这节课本来说要说奇异粒子的，但是我临时改变了主意，觉得还是把之前提到的四种基本作用力和四类基本粒子做一个小小的总结，这有助于大家理解掌握后面的内容。

好，先说四种基本作用力，你回想一下之前我们都提到过哪几种力？是不是强作用力、电磁作用力、弱作用力和万有引力，我们的世界就只有这四种力，你以前知道的什么推力、摩擦力、支撑力都是电磁力的表现形式。

虽然这四种力都基本作用力，但是他们的作用强度、作用的地方都不同，从四种作用力的名字就能看出来，强力最强，假如它的强度是1，那电磁力的强度的就比他弱两个数量级，弱力就比他弱10个数量级，万有引力最奇葩，弱得很不正常，它比强力弱了39个数量级。所以万有引力很明显有问题，这也是我们不理解它的一个原因。

好，说完他们的强度区别，我们再说他们分别作用的地方，先拿万有引力来说，因为这是我们最先理解的一种力，也是最常见的一种力。

很显然，万有引力作用在宏观尺度上，支配着宇宙天体的演化和运动，比如在宇宙的膨胀中，万有引力就起到了阻碍的作用，在太阳系中，是万有引力把地球束缚在了太阳轨道上，地球上才有光和热，才有了诞生生命的机会。

不过，这里容易有一个误区，有些人觉得万有引力不弱啊，它都能把地球束缚住，地球还把我们牢牢地粘在地面上，感觉引力很强啊。

确实很强，因为这是超级多的基本粒子的引力叠加在一起的结果，但是对单个基本粒子来说，它的引力可以小到忽略不计。所以我们在计算基本粒子的作用力的时候，一般都会忽略掉引力的影响。

下面我们说弱力，在前面的文章中我们提到过β衰变、还有π介子的衰变、μ子的衰变过程，这些过程都有一个共同点，其中都有中微子的参与，而且这些过程的作用强度看起来都差不多，所以我们就把这种支配有中微子参与的过程的力称为弱相互作用力。

电磁作用力我们就非常熟悉了，这种作用力非常的广泛，不管是微观、宏观还是宇观层面都有电磁力的身影，你看，是电磁力把原子核和电子结合在一起的，也是电磁力把分子结合在一起的，正因为有了电磁力的存在世界上才有了形形色色的物质。

其实说白了，只要是有光子参与的作用过程，都有电磁作用力的存在，我们就简单的看一个东西，我们就简单的晒一下太阳，这背后都是电磁力的作用。

那上节课我们还说了，也有由电磁力主导的衰变过程，比如一个π0介子它会衰变成两个γ光子，这就是典型的由电磁力主导的过程，由于电磁力比弱力强了很多，所以由电磁力主导的衰变过程就发生得比较剧烈，这就是为啥π0介子的寿命要比π 和π-介子的寿命要短了很多。

那根据统计我们发现，假如一个粒子的衰变由主导，那这个粒子的寿命一般会在10^-15秒以上，由电磁力主导的话，这个粒子的寿命会在10^－20秒到10^-15秒这个区间。

弱力

那我们也可以根据一个粒子的寿命来判断出，这个粒子的衰变是弱力主导的还是电磁力主导的。

最后我们说强力，它之所以很强，是因为他要抵抗质子的静电斥力，把他们黏在一起，组成各种形式的原子核。

虽然我们理解强力的时间很晚，大约是六七十年代的时候，但是在早期海森伯就提出了一个对理解强力来说非常重要的概念，我们在前提到过就是同位旋，意思就是说质子和中子这两种粒子在强力面前就是同一种粒子的不同表现形式，唯一的区别就是电荷不同，对应在同位旋空间中，就是质子在同位旋空间中的第三分量上投影是朝上的 1/2，质子是朝下的-1/2。

还有粒子的衰变不光由电磁力和弱力主导，也有强力主导的衰变过程，由于强力最强，所以如果一个粒子的衰变是由强力主导的，那这种粒子的寿命就会超级短，一般会小于10^-20秒。

好，现在作用力大致上就了解了这么多了，那我们现在说，目前我们已经知道的基本粒子都有哪些。

最早的时候我们知道有电子，然后又发现了质子和中子，紧接着我们就发现了电子中微子，由于电子和电子中微子是相关的，他俩还比质子和中子轻，所以就叫他俩轻子，质子和中子叫重子，这是最早按质量分类的。

然后我们又发现了缪子和缪子中微子，以及三个介子π 、π0和π-，由于π介子的质量介于重子和轻子，所以就叫他介子。

但是缪子的质量是电子的207倍，跟π介子差不多，但是他却被称为轻子，因此这时候就发现，按照质量分类就不行了。

所以我们干脆就把所有参与强相互作用的粒子都叫强子，然后在强子下面再分出两类，一类的自旋为半整数，比如1/2，叫重子，一类自旋为整数，比如1和0，叫介子。

前面我们还说过一个表征重子的量子数，叫重子数，比如质子和中子的重子数是1，那反质子和反中子的重子数为-1。

表征轻子的量子数叫轻子数，比如电子和电子中微子，缪子和缪子中微子，他们各自的轻子数都是1，而它们的反粒子的轻子数为-1。

介子，也就是我们现在发现的三个π介子，它们没有轻子数，也没有重子数，所以它们在反应中不需要遵守数目的守恒。

上图就是我们现在知道的这些粒子它们所具有的一些量子数，其中Q是电荷，L是轻子数，B是中子数，I是同位旋，I₃是这种粒子在同位旋空间第三分量上的投影的取向

仔细看一下上图，这些量子数很重要，对于粒子来说这些量子就像是它们的身份证一样，或者是它们身体的指标。

假如你是光子的话，别人就会问你，你的电荷、轻子数、和重子数是多少？光子说，我都是0 ，假如你是质子，你的电荷就是1，轻子数是0，重子数是1，同位旋是1/2，同位旋第三分量的投影是 1/2。

好了，今天的内容就到这里。