物質結構的最小單元。不同時期人們對此有不同認識。1897年J.J.湯姆孫發現瞭電子。20世紀初,認識到作為物質結構基本單元的原子中都含有質子和電子。1922年A.H.康普頓做X射線散射實驗,確認光子的存在。1932年C.D.安德森發現瞭正電子,J.查德威克發現瞭中子。物理學傢確認原子核都是由中子和質子所組成。這時人們把中子、質子、電子、正電子和光子統稱為基本粒子。

  隨著實驗技術的發展,人們發現的基本粒子愈來愈多。例如,11936年發現瞭 μ子,它的性質很像電子,但是比電子重;1947年發現瞭π介子,它的質量介於質子和電子之間,因而得名介子;接著又發現瞭K介子和質量超過質子、中子的Λ超子、Σ超子、Ξ超子,並把質子、中子和超子統稱為重子;1956年發現瞭不帶電、自旋為ħ/2、靜止質量可能為零的中微子;60年代又發現上百種壽命極短的強作用衰變的粒子,叫做共振態粒子。所有的基本粒子都有各自不同的靜止質量、電荷、自旋、平均壽命,而且都有各自的反粒子,有的粒子的反粒子就是自身,如π0、η0等。在1960~1965年,人們按自旋的不同和參與相互作用的不同,把基本粒子分成四類(表1)。

表1 1960~1965年所知道的基本粒子

  60年代中期,人們認識到幾百種強子(參與強相互作用的基本粒子,包括重子、反重子、介子)都是由 u、d、s三種誇克(層子)和ū、

s三種反誇克(反層子)所構成。誇克比強子更基本,因此人們就不再把強子叫做基本粒子。而把誇克看做是基本粒子。1974年發現瞭J/ψ粒子,誇克增加到u、d、s、c四種(J/ψ由c、 c構成)。1977年發現 介子,誇克增加到u、d、s、c、b五種( 由b、姼構成)。根據對稱性等考慮,人們相信還有第六種誇克,稱為t誇克,1984年已在實驗上得到t誇克存在的重要跡象。誇克的自旋都是 ħ/2。為瞭解釋在重子 Ω和重子共振態 Δ ++、Δ -中三個相同的誇克可以處於相同的運動狀態,人們又發現瞭“色”量子數,例如u誇克不是一種,而是有三種,即“紅”u誇克、“綠”u 誇克、“藍”u誇克。對於d、s、c等誇克也可以依此類推。“紅”、“綠”、“藍”都是“色”量子狀態的代號,不是普通的顏色。

  在輕子方面,1975年發現的 τ子,比質子還重,隻是因為它不參與強相互作用,所以歸入輕子類。另外發現中微子有υe、υμ、υτ三種,它們分別與輕子e、μ、τ相對應。

  在傳遞相互作用的粒子方面,除光子傳遞電磁相互作用外,1983年又發現瞭理論上早就預言的傳遞弱相互作用的W+W-Z0,其靜止質量是質子的90~100倍,自旋是ħ,叫做中間玻色子。高能實驗的三噴註現象還間接證實瞭傳遞強相互作用的膠子的存在,其靜止質量為0,自旋也是 ħ。這些傳遞相互作用的粒子統稱為媒介子。20世紀80年代所認識的基本粒子見表2、3。

表2 誇克和輕子

表3 媒介子

  基本粒子原來的意思就是組成物質世界的最“基本“的單元,事實上這個“基本”隻有相對的意義,例如強子已知是可分的,就不再稱為基本粒子。

  從20世紀初到80年代,人們發現的比原子核更小的粒子有近300種,其中絕大多數是共振態粒子。幾種主要的基本粒子的發現年代見表4。

表4 幾種主要的基本粒子的發現年表

  

參考書目

 《高能物理》編輯部匯編:《基本粒子物理發展史年表》,科學出版社,北京,1985。