在过去的115年中，物理学家发现，几乎所有物质，包括石头，雨水，阳光和阳光，海浪和无线电波，都可以用粒子（及其对应的场）来描述。 实验发现了今天对我们而言基本的各种类型的粒子（也就是说，它们不包含更多的基本粒子）。 我们熟悉的世界中所有复杂的多样性都由一小部分此类粒子组成。 剩余的粒子转瞬即逝，它们衰减得很快，以至于在正常条件下我们无法满足它们。 但是它们可以保留我们仍然无法获得的宇宙秘密的钥匙。
在本文中，您将获得有关粒子及其组成类的当前理解的小概述。 有点像带有多个技巧的粒子周期表。 此外，您还将学习希格斯场及其在宇宙生命中对粒子的关键作用。
我们目前的理解以及关于粒子和希格斯场的最简单假设的假设被简化为一组方程，称为“粒子物理标准模型”，或简称为“标准模型”。 历史上，标准模型中的基本粒子的名称非常奇怪，并且质量散布很大。 在图。 1：
•我在顶部绘制了较重的粒子，在底部绘制了较轻的粒子。 根据我的逻辑，无质量的粒子是最低水平，并且粒子的质量没有上限。 也就是说，下面有一个硬地板，而上面只有天空。
•我引用质量物理学家通常使用的等效质量能（E = mc
2 ）代替质量。 跟踪不会消失且不会出现的能量比跟踪在某些过程中（例如
在衰变过程中）可能发生变化的粒子质量要容易得多。 GeV单元大约等于最轻原子氢的质量能。
•我确定了三类粒子：带电的轻子（蓝色圆盘），中微子（黑色圆盘）和夸克（红色圆盘）。 夸克通常分为上下两类，仅电荷不同。 这种分类的重要性将在稍后阐明。
•在矩形中，我指出了三种相互作用及其载体颗粒。 我排除了第四种相互作用，即重力，以免阻塞图片。
•本质上，希格斯场（或发挥其作用的场）平均非零。 我通过绿色背景指定它。
图 1个
这些是什么样的颗粒？ 它们都具有抗微粒，但为简洁起见，我将其省略。 让我们快速浏览一下物质的结构，将其分解直至达到所需的水平。
•原子的半径比您的头部小十亿倍的原子由其电子和原子核组成。
•原子吸收并发射光子，光子。 这是由于光子携带的电磁相互作用而发生的（也就是说，当电磁起作用时，总是存在光子）。
•原子核由质子和中子组成，质子和中子比原子本身小100,000，并且主要由上下夸克（和反夸克）和胶子组成。
•质子和中子不会散开，并且由于8种胶子之间的强相互作用而保留在核内。
•阳光普照，由于一种类型的夸克转变为另一种类型的夸克，一些原子核衰变。 在这种情况下，电子和中微子被发射，这些粒子直接来自太阳的中心。
•夸克的这种转变和中微子的发射是由于粒子W
+ ，W-和Z
0的相互作用弱。
•最后一个已知的相互作用是重力，它应该携带引力子。 由于引力的惊人弱点，很难检测到该粒子。
这些粒子决定了我们世界的几乎所有方面。 但是还有其他。 电子，中微子-1，上夸克和下夸克被称为粒子的一个“世代”-在这种情况下，该世代的含义与家谱大致相同。 有两个较重的世代，每个世代都有这四个粒子的加权副本。
•第二代包含介子，中微子2，附魔夸克和奇异夸克。
•第三代由tau，中微子3，t夸克和b夸克组成。
世代的结构将这些粒子分为水平层。 它们也可以垂直划分为我提到的类别：人们经常谈论“电子类型的粒子”或“带电轻子”，指的是电子，介子和tau，通常谈论“中微子”，并将夸克分为“上等”。 （上部，有魅力，t）和“下部”（下部，奇怪，b）。
您可能想知道为什么中微子与其他粒子相比具有如此无聊的名称。 我们对它们的称呼有所不同，但是在过去的20年中，我们对它们了解了很多，并且仍在继续学习。 也许尘埃落定后，我们会给他们起新的名字。
我们对希格斯粒子知之甚少，但是在不久的将来，我们将学到更多。
让我们看一下不同的人群。 它们不仅传播巨大，而且没有任何明确的系统。 以下是有关质量的一些说明，从最轻的粒子开始：
•光子和引力子可能没有质量-它们的质量必须出奇地小，以便有可观测的星际磁场和宇宙的巨大结构。
•在合理的范围内，胶子没有质量-它们在质子等强子内部的囚禁中度过一生，而直接测量其质量并不容易。
•理论家们长期争论中微子质量的存在。 过去十年的实验解决了这一争议（尽管由于所获得的证据是间接的事实，仍有回旋余地）。 中微子的质量非常小，最重的质量比最轻的原子（氢）轻至少十亿倍，最轻的质量甚至更小。
•其他颗粒的质量是已知的。 电子比氢轻约1800倍，t夸克比电子重约40万倍，比金原子轻百分之几。 粒子W和Z的质量大约是t夸克的一半。
•由于与希格斯场的相互作用，所有质量很大的粒子都具有它。 中微子不能直接接受质量，但是希格斯场对它们也起着重要作用。 我通过磁盘上各种厚度的绿色框表示粒子时注意到了这一事实。
•希格斯粒子的质量能为125 GeV
在图。 2我对粒子和相互作用进行了不同的分组。
图 2
该图显示了哪些粒子直接影响哪个。 我在彼此直接相互作用的所有类型的粒子之间画了一条线。 需要注意的是：
•所谓的物质粒子（带电的轻子，中微子或夸克）之间不会相互影响。
•物质粒子仅与传递相互作用的粒子直接相互作用！
这解释了为什么以这种方式调用交互载体。 当原子中的电子与原子核中的上夸克相互作用时，它不会直接这样做。 电子直接与光子相互作用，夸克与光子相互作用，结果（非常复杂且不直观），结果证明电子被吸引到了夸克，反之亦然。 同样，两个夸克之间的相互作用是间接的，并且来自夸克与胶子的直接相互作用。 物质粒子之间的所有已知相互作用都不是直接发生的；相互作用的载体参与其中。 当您打开门时，光子起作用。
该图还指示了相互作用和粒子类别的几个重要属性：
•某一类的所有粒子都遵循一个相互作用-这就是确定它们属于该类的原因。 中微子感觉只有很弱的相互作用。 只有夸克和胶子会产生强烈的相互作用。
•曲线表明某些交互载体直接与其自身或与其他载体交互。 胶子与自身相互作用，但是光子不与自身相互作用（至少不直接相互作用）。
•从某种意义上说，希格斯粒子也是相互作用的载体。 但这是特例。 希格斯相互作用对粒子施加的作用越强，则该粒子在非零希格斯场中的质量就越大。 （此声明对于已知粒子是正确的，但对于尚未发现的粒子可能不是正确的）。 我用绿色场的渐变标记它，该渐变在顶部变暗，这意味着对重粒子的效果得到了放大。 同样，希格斯粒子与重粒子的相互作用比与轻粒子的相互作用更强。
这个世界看起来很奇怪，但是无论您想要与否，它都是我们的。 您可以看到一些粗略标记的方案，但是仍然没有清晰的组织。 一种或另一种方式的混乱与希格斯场（或多个场）有关。