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代 (粒子物理学)

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物质的代
种类 第一代 第二代 第三代
夸克
上型 上夸克 粲夸克 顶夸克
下型 下夸克 奇夸克 底夸克
轻子
带电 电子 μ子 τ子
中性 电中微子 μ中微子 τ中微子

粒子物理学中,世代(英语:Generation)是基本粒子的一种分类。各代粒子之间的相异之处仅为量子数质量,但它们所涉及到的相互作用种类都是一样的。

根据粒子物理学的标准模型,基本费米子共有三代。每一代有两种轻子及两种夸克。两种轻子可分成带电荷-1的(像电子)及中性的(中微子);而两种夸克则可分成带电荷−13的(下型)及带电荷+23 的(上型)。

概要

后一代粒子的质量要比前一代的要大,但是中微子可能是例外(它们的质量非零,但却小得很,故现时还未有准确地测量出它们的质量)。比方说,第一代的电子质量只有0.511 MeV/c2,而第二代的μ子质量为106 MeV/c2,第三代的τ子质量则为1777 MeV/c2(几乎是质子质量的两倍)。质量级列使得较后代的粒子会衰变至第一代的粒子,因此日常的物质原子)都是由第一代粒子所组成的。电子在原子核的周围,而核则由质子中子构成,它们则是由上及下夸克所组成。第二及第三代的带电基本粒子,并不会在一般的物质中出现,而只会在极高能量的环境下出现,例如宇宙射线粒子加速器。代这一个词最早是由哈伊姆·哈拉里英语Haim Harari(Haim Harari)使用,并于1976年的法国勒斯乌舍(Les Houches)物理夏令营中正式提出[1] [2]

所有代的中微子都在宇宙间飘流着,但都很少会与一般物质产生相互作用[3]。科学家们希望,透过深入研究轻子各代间关系,可以有助于解释基本粒子的质量比,以及在量子角度为质量本质之谜提供线索[4]

第四代

至于第四代或更后代的粒子,科学家们认为是不太可能会存在的。有些反对第四代粒子存在可能的论证,是基于额外代的存在,会为精准的电弱可观测量带来微小的修正值;而测量结果对这些修正值的存在很不利。而且,CERN大型电子正子对撞机所量度的Z玻色子宽度,已经排除了有“轻”中微子(即质量小于45 GeV/c2))的第四代模型[5] 。然而,高能对撞机对第四代粒子的搜索仍然持续中,但到目前为止仍未观测到任何第四代存在的证据[6][7]。在这些搜索中,第四代粒子的标记为第三代的符号外加一个撇号(例如:b′ 及t′)。

参考资料

  1. ^ Harari, H. Beyond charm. (编) Balian, R.; Llewellyn-Smith, C.H. Weak and Electromagnetic Interactions at High Energy, Les Houches, France, Jul 5- Aug 14, 1976. Les Houches Summer School Proceedings 29. North-Holland. 1977: 613. [永久失效链接]
  2. ^ Harari H. Three generations of quarks and leptons (PDF). (编) E. van Goeler, Weinstein R. (eds.). Proceedings of the XII Rencontre de Moriond: 170. 1977. SLAC-PUB-1974. 
  3. ^ Experiment confirms famous physics model (新闻稿). MIT News Office. 18 April 2007. 
  4. ^ M.H. Mac Gregor. A 'Muon Mass Tree' with α-quantized Lepton, Quark, and Hadron Masses. 2006. arXiv:hep-ph/0607233 [hep-ph]. 
  5. ^ D. Decamp et al. (ALEPH collaboration). Determination of the number of light neutrino species. Physics Letters B. 1989, 231 (4): 519. Bibcode:1989PhLB..231..519D. doi:10.1016/0370-2693(89)90704-1. 
  6. ^ C. Amsler et al. (Particle Data Group). Review of Particle Physics: b′ (4th Generation) Quarks, Searches for (PDF). Physics Letters B. 2008, 667 (1): 1–1340. Bibcode:2008PhLB..667....1P. doi:10.1016/j.physletb.2008.07.018. 
  7. ^ C. Amsler et al. (Particle Data Group). Review of Particle Physics: t′ (4th Generation) Quarks, Searches for (PDF). Physics Letters B. 2008, 667 (1): 1–1340. Bibcode:2008PhLB..667....1P. doi:10.1016/j.physletb.2008.07.018. 
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