物質的世代

大自然似乎在口吃。組成你身體的每一個物質粒子——上夸克、下夸克、電子、電子微中子——都有兩個較重的複製品，除了質量之外一切完全相同。把它們疊起來，基本費米子就落成整齊的三欄，稱為世代（generation）或族（family）。這是物理學中最奇怪的事實之一：宇宙顯然只需要第一世代就能建造原子與恆星，卻附贈了兩份備用複本，它們在加速器與宇宙射線中閃現，然後就衰變消失。

一個世代是四個費米子的集合，它們的規範量子數完全相同：一個上型夸克、一個下型夸克、一個帶電輕子及其微中子。第一世代是（上、下、電子、電子微中子）；第二世代是（魅、奇、緲子、緲子微中子）；第三世代是（頂、底、濤子、濤子微中子）。世代之間唯一的差別是質量——而質量的跳躍極為巨大，頂夸克約比上夸克重 75000 倍。由於較重的世代不穩定，它們會層層衰變回到第一世代，這正是為什麼一般穩定物質只用最輕的那一欄。

到底有幾個世代？對於輕微中子，實驗給出了明確的答案：在 LEP 測得的 Z 玻色子衰變寬度，恰好對應三種微中子，因此不存在帶輕微中子的第四世代。為什麼是三個、質量為什麼分布得如此狂野，則完全無法解釋——這些都是透過與希格斯場的湯川耦合以人工方式塞進去的。世代結構也是夸克混合（CKM 矩陣）與 CP 破壞上演的舞台，把這個謎題連結到更深層的謎：宇宙為何由物質構成。