基礎與自然單位

基本粒子

想象拆開一隻鐘。鐘拆成齒輪,齒輪拆成更小的彈簧和銷釘,但到了某一步,你會拆到一顆實心的螺絲,它裡面再沒有更小的部件了——它就是一顆螺絲,從裡到外都是。在自然界,相當於那顆螺絲的東西,就叫基本粒子:一種物質或力的單元,就所有實驗所能判斷的而言,它沒有更小的部分,也完全沒有內部結構。

基本粒子就是沒有已知內部結構的粒子——它不是由任何更小的東西構成的。電子是典型例子:從來沒有任何實驗在它裡面找到過任何東西,所以我們把它當作一個沒有大小的真正的點。相比之下,質子看上去像一個單獨的粒子,實際上卻由夸克構成、靠膠子束縛在一起,所以質子是複合的,而非基本的。目前已知的基本粒子有夸克、輕子(比如電子)、傳遞力的玻色子,以及希格斯玻色子——用來搭建整個可見宇宙,這份清單短得出人意料。

把一個粒子稱作基本,永遠只是關於我們目前能探測到什麼的陳述,而不是對永恆不變的斷言。「基本」一詞曾被用在原子身上(atom 這個詞的字面意思就是「不可切分」),後來又用在質子身上,而這兩者最終都被發現是有部分的。所以今天的基本粒子,若我們在更高的能量、更短的距離上去探測,說不定哪天也會顯露出結構。但就目前而言,電子和夸克的行為完全像不可分割的點,而建立在這個假設上的理論運作得非常出色。

當物理學家用能達到的最高能量讓電子相互轟擊時,電子在遠小於質子的距離上仍表現得像完美的點,看不出有任何內部部件。這就是說「電子是基本的」在實驗上的含義。

在我們能探測的距離上,基本粒子不顯示任何內部結構。

「基本」不等於「不可摧毀」。基本粒子沒有部件,但它仍然可以被產生或湮滅,也可以轉化為別的粒子,就像緲子衰變為電子和微中子那樣。

又稱
fundamental particleelementary constituent基本粒子基本構件