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粒子或辐射不能被人类直接观测到，只有通过他们与物质的相互作用才能间接探测。在加速器出现之前，宇宙线及其相互作用是基本粒子信息的主要来源。

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构成世界的基本粒子

目前，夸克、电子、光子等粒子可以看作几何上的点粒子，没有进一步的内部结构，它们被称为基本粒子。它们构成了我们熟悉的粒子：质子、中子、介子……，同时德布罗伊也告诉我们，物质具有波粒二象性，所以这些微观粒子即是波也是粒子。

标准粒子模型

标准模型中，夸克有 6 种味，每种味有 3 种色，每种夸克都有反夸克，总计 36 种夸克。轻子有 6 种味，没有色，有反粒子，总计 12 种轻子。夸克和轻子排成 3 列，每一列构成物质的一代。

代或者世代的概念与其发现顺序之间并没有直接的关系。代的概念是基于观察到的粒子性质和行为的相似性和差异性而提出的，只是模型的框架而已。

夸克和轻子右边一列是规范玻色子，其中胶子有 8 种色，没有反粒子，光子和Z玻色子各只有一种，W玻色子有反粒子，总计 2 种。最右边粒子是希格斯玻色子，只有 1 种。标准模型总计 61 种基本粒子。

粒子物理标准模型

从原子层面来讲，原子由基本粒子和复合粒子构成（由基本粒子构成的粒子是复合粒子）。

• 基本粒子：
  • 电子
  • 夸克（禁闭在强子中）。
  • 各种波色子，下面会介绍。
• 复合粒子中根据相互作用力分为强子和其他：

  • 强子：（如重子、）。

    由强相互作用构成的粒子被称为强子

    介子

    • 重子：是由 3 个基本粒子-夸克（反夸克复合出反重子）复合而来，中子和质子都是重子。超子是重子的一种，首次发现的时候认为它们的质量超过一般的重子，故而得名。
    • 介子：由 2 个夸克构成。1934 年，汤川秀树预测介子的存在与其近似的质量，介子用来作为核力的载体，核力用来维持住原子核，若没有核力，所有含两个以上质子的原子核其质子将会因为电磁斥力的关系而分离。且汤川秀树预言介子的质量介于轻子与重子之前，所以称作“介于轻子与重子之前的粒子”-“介子”，事实上这是错误的，有些介子的质量可以轻松超过某些重子。

  • 其他：若干重子、介子组合而成的复合粒子。

从自旋的角度来讲，这些微观粒子（包括基本粒子和复合粒子）又可根据自旋分为玻色子和费米子。

• 玻色子（光子、介子）传递作用力（赋予质量的希格斯子同样是玻色子），自旋为整数或0、不服从泡利不相容原理，服从玻色爱因斯坦统计分布。
• 费米子（电子、质子、中子、重子），构成物质，包括基本粒子和复合粒子，自旋为半整数、服从泡利不相容原理和费米狄拉克统计分布。

电子与光子

电的发现最早起源于人类对大自然的雷电现象的表观表达，直到人们发现了摩擦生电的规律之后，人类才开始掌握电。电来自于电荷在电势中的运动，而电子是携带单位电荷的最小单位，电子也是是人类发现的第一种基础粒子。美国物理学家罗伯特·密立根在 1909 年起完成一系列实验测量出了电子的带电量（存疑，据说实验精度根本无法达到）。正是人们对电子的认识，推开了量子力学大门。

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尘兔

出现在不常清洁的角落。尘兔由毛发、皮棉、脱落的角质、蜘蛛网、灰尘等组成，有时也有轻薄的垃圾或碎片，它们因静电和毡状缠绕纠缠在一起，就像一只毛茸茸的蜷缩的兔子。

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光是人类观察和研究物质的最重要的工具，人类对光的了解历经太阳光、火光、灯光、X射线、激光、同步辐射光等几次划时代的跨越。也对光的本质开展了一波三折的探索，从 17 世纪开始，人类对光的认识就不断在微粒说和波动说之间反转，到了二十世纪最终以“波粒二象性”落下了帷幕（存疑，目前更倾向于是波）。

光子和电子可以相互转化。在宇宙大爆炸的最初几秒钟，光子能量极高但自由程极短，光子对大量产生的正负电子对，正负电子对也反过来产生高能光子，直到宇宙膨胀冷却，温度低于反应条件，这种互相转化才停止。由于宇称不守恒的关系，导致宇宙的物质多余反物质，随着宇宙的冷却，残存的物质开始结合和捕获，最终元素开始形成。