第三十五章：粒子世界的纷繁变化，让我们目瞪口呆！既然是量子力学科普书籍，自然离不开谈粒子。那么目前我们发现了多少种粒子？都是那些？它们各自的
特性是什么？一起来看看吧。我们现在所学习的量子力学体系叫标准模型。标准模型（英语：StandardModel,SM）是一套描述
强力、弱力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子的理论。到目前为止，几乎所有对以上三种力的实验的结果都合乎这套理论的预测。但
是标准模型还不是一套万有理论，主要是因为它并没有描述到引力，这个我在《变化》一书中就分析过原因，在这里就不说了。我们说本章要介绍粒
子世界，主要是介绍基本粒子。不包含分子，原子这些内容。在标准模型理论里共61种基本粒子（见表）包含费米子及玻色子。费米子为拥有半奇
数的自旋并遵守泡利不相容原理（这原理指出没有相同的费米子能占有同样的量子态）的粒子；玻色子则拥有整数自旋而并不遵守泡利不相容原理。
简单来说，费米子就是组成物质的粒子而玻色子则负责传递各种作用力。我们就根据上图所示的内容，一一为大家介绍。首先是夸克。上面说了根
据特性分为三代。如下图。夸克（英语：quark）是一种基本粒子，也是构成物质的基本单元。夸克互相结合，形成一种复合粒子，叫强子，强
子中最稳定的是质子和中子，它们是构成原子核的单元。由于一种叫“夸克禁闭”的现象，夸克不能够直接被观测到，或是被分离出来；只能够在强
子里面找到夸克。因为这个原因，人类对夸克的所知大都是来自对强子的观测。所有的中子都是由三个夸克组成的，反中子则是由三个相应的反夸克
组成的，比如质子，中子。质子由两个上夸克和一个下夸克组成，中子是由两个下夸克和一个上夸克组成。夸克有六种“味”，分别是上、下、粲、
奇、底及顶。上及下夸克的质量是所有夸克中最低的。较重的夸克会通过一个叫粒子衰变的过程，来迅速地变成上或下夸克。粒子衰变是一个从高质
量态变成低质量态的过程。就是因为这个原因，上及下夸克一般来说很稳定，所以它们在宇宙中很常见，而奇、粲、顶及底则只能经由高能粒子的碰
撞产生（例如宇宙射线及粒子加速器）。夸克有着多种不同的内在特性，包括电荷、色荷、自旋及质量等。在标准模型中，夸克是唯一一种能经受全
部四种基本相互作用的基本粒子，基本相互作用有时会被称为“基本力”（电磁、重力、强相互作用及弱相互作用）。夸克同时是现时已知唯一一种
基本电荷非整数的粒子。通过上面的图，就可以看出这点。夸克每一种味都有一种对应的反粒子，叫反夸克，在对应的夸克符号上加一横作为标记，
例如u代表反上夸克。跟一般反物质一样，反夸克跟对应的夸克有着相同的质量、平均寿命及自旋，但两者的电荷及其他荷的正负则相反。夸克模型
分别由默里·盖尔曼与乔治·茨威格于1964年独立地提出。引入夸克这一概念，是为了能更好地整理各种强子，而当时并没有什么能证实夸克存
在的物理证据，直到1968年SLAC开发出深度非弹性散射（英语：Deepinelasticscattering）实验为止。夸克
的六种味已经全部被加速器实验所观测到；而于1995年在费米实验室被观测到的顶夸克，是最后发现的一种。夸克的自旋为1?2，因此根据自
旋统计定理，它们是费米子。它们遵守泡利不相容原理，即两个相同的费米子，不能同时拥有相同的量子态。这点跟玻色子相反（拥有整数自旋的粒
子），在相同的量子态上，相同的玻色子没有数量限制。跟轻子不同的是，夸克拥有色荷，因此它们会参与强相互作用。因为这种夸克间吸引力的关
系，而形成的复合粒子，叫做“强子”。在强子中决定量子数的夸克叫“价夸克”；除了这些夸克，任何强子都可以含有无限量的虚（或“海”）夸
克、反夸克，及不影响其量子数的胶子。强子分两种：带三个价夸克的重子，及带一个价夸克和一个反价夸克的介子。最常见的重子是质子和中子，
它们是构成原子核的基础材料。我们已经知道有很多不同的强子。它们的不同点在于其所含的夸克，及这些内含物所赋予的性质。基本费米子被分成
三代，每一代由两个轻子和两个夸克组成。第一代有上及下夸克，第二代有奇及粲夸克，而第三代则有顶及底夸克。过去所有搜寻第四代基本粒子的
研究均以失败告终，又有有力的间接证据支持不会有超过三代。代数较高的粒子，一般会有较大的质量及较低的稳定性，于是它们会通过弱相互作用
，衰变成代数较低的粒子。在自然中，只有第一代夸克（上及下）是常见的。较重的夸克只能通过高能碰撞来生成（例如宇宙射线），而且它们很快
就会衰变；然而，科学家们相信大爆炸后，第一秒的最早部分会存有重夸克，那时宇宙处于温度及密度极高的状态（夸克时期）。重夸克的实验研究
都在人工的环境下进行，例如粒子加速器。在夸克理论的初期，当时的“粒子动物园（英语：Particlezoo）”除了其他各种粒子，还
包括了许多强子。盖尔曼和茨威格假定它们不是基本粒子，而是由夸克和反夸克组成的。在他们的模型中，夸克有三种味，分别是上、下及奇，他们
把电荷及自旋等性质都归因于这些味。初时物理学界对于这份提案的意见不一。当时学界对于夸克的本质有所争论，一方认为夸克是物理实体，另一
方则认为，它只是用来解释当时未明物理的抽象概念而已。在一年之内，就有人提出了盖尔曼－茨威格模型的延伸方案。谢尔登·李·格拉肖和詹姆
斯·布约肯（英语：JamesBjorken）（JamesBjorken）预测有第四种夸克存在，他们把它叫做“粲”。加上第四种夸
克的原因有三：一、能更好地描述弱相互作用（导致夸克衰变的机制）；二、夸克的数量会变得与当时已知的轻子数量一样；三、三、能产生一条质
量方程，可以计算出已知介子的质量。后来斯坦福线性加速器中心（SLAC）深度非弹性散射实验在1968年指出，质子含有比自己小得多的点
状物，因此质子并非基本粒子。物理学家当时并不愿意把这些物体视为夸克，反而叫它们做“成子——一个由理查德·费曼所创造的新词。随着更多
味的发现，在SLAC所观测到的粒子后来被鉴定为上及下夸克。不过，“成子”一词到现在还在使用，是重子构成物（夸克、反夸克和胶子）的总
称。奇夸克的存在由SLAC的散射实验间接证实：奇夸克不但是盖尔曼和茨威格三夸克模型的必要部分，而且还解释到1947年从宇宙射线中发
现的K和π强子。在1971年的一份论文中，格拉肖、约翰·李尔普罗斯和卢奇亚诺·马伊阿尼（LucianoMaiani）一起对当时尚
未发现的粲夸克，提出更多它存在的理据。到1973年，小林诚和益川敏英指出再加一对夸克，就能解释实验中观测到的CP破坏，于是夸克应有
的味被提升到现时的六种。粲夸克在1974年被两个研究小组几乎同时发现（见十一月革命）——一组在SLAC，由伯顿·里克特领导；而另一
组则在布鲁克黑文国家实验室，由丁肇中领导。观测到的粲夸克在介子里面，与一个反粲夸克束缚（Boundstate）在一起。两组分别为
这种介子起了不同的名子：J及ψ；因此这种粒子的正式名子叫J/ψ介子。这个发现终于使物理学界相信夸克模型是正确的。底夸克在1977年
被利昂·莱德曼领导的费米实验室研究小组观测到。这是一个代表顶夸克存在的有力征兆：没有顶夸克的话，底夸克就没有伴侣。然而一直都没有观
测到顶夸克，直至1995年，终于被费米实验室的CDF（英语：ColliderDetectoratFermilab）及D?（英
语：D0experiment）小组观测到。它的质量比之前预料的要大得多——几乎跟金原子一样重。这就是关于夸克的介绍，接下来我们认
识一下轻子。让我们先来看看轻子列表。总计共有12个。轻子（Lepton）是一种不参与强相互作用、自旋为1/2的基本粒子。电子是最为
人知的一种轻子；大部分化学领域都会涉及到与电子的相互作用，原子不能没有它，所有化学性质都直接与它有关。轻子又分为两类：“带电轻子”
与“中性轻子”。带电轻子包括电子、μ子、τ子，可以与其它粒子组合成复合粒子，例如原子、电子偶素等等。在所有带电轻子中，电子的质量
最轻，也是宇宙中最稳定、最常见的轻子；质量较重的μ子与τ子会很快地衰变成电子，μ子与τ子必须经过高能量碰撞制成，例如使用粒子加速器
或在宇宙线探测实验。中性轻子包括电中微子、μ中微子、τ中微子；它们很少与任何粒子相互作用，很难被观测到。轻子一共有六种风味，形成三
个世代。第一代是电轻子，包括电子（e?）与电中微子（νe）。第二代是缈轻子，包括μ子（μ?）与μ中微子（νμ）。第三代是陶轻子
，包括τ子（τ?）与τ中微子（ντ）。轻子拥有很多内秉性质，包括电荷、自旋、质量等等。轻子与夸克有一点很不相同：轻子不会感受到强作
用力。轻子会感受到其它三种基础力：引力、弱作用力、电磁力。但是，由于中微子的电性是中性，中微子不会感受到电磁力。每一种轻子风味都有
其对应的反粒子，称为“反轻子”。带电轻子与对应的反轻子唯一不同之处是带有电荷的正负号相反。根据某些理论，中微子是自己的反粒子，但这
论点尚未被证实。在标准模型里，轻子扮演重要角色，电子是原子的成分之一，与质子、中子共同组成原子。在某些被合成的奇异原子里，电子被更
换为μ子或τ子。像电子偶素一类的轻子-反轻子粒子也可以被合成。最先被辨识的轻子是电子，英国物理学者约瑟夫·汤姆孙与实验团队于189
7年发现电子。1930年，沃尔夫冈·泡利大胆假设电中微子存在，这是为了解释β衰变的能量缺失问题，挽救能量守恒定律；泡利认为，所有最
初与最终观察到的粒子的能量差，都被一种尚未探测到的粒子带走了，这粒子具有电中性，不会留下轨迹，所以很难探测到。三年后，恩里科·费米
给出理论，成功描述β衰变，强力支持泡利的假设。费米将这粒子命名为“中微子”，意思为“微小的中子”。在那时期，电中微子被称为中微子，
因为尚未发现其它世代的中微子。1956年，克莱德·科温与弗雷德里克·莱因斯共同完成科温-莱因斯中微子实验（英语：Cowan–Rei
nesneutrinoexperiment）首先直接观察到中微子的存在。在电子被发现大约40年之后，卡尔·安德森于1936年发
现了μ子。由于它的质量，μ子最初被归类为介子，而不是轻子。渐渐地，学者发觉μ子的性质更接近电子，只是质量比较大，而且μ子不会感受到
强相对作用，不具有介子的性质。1947年，才有学者开始提议一群粒子被归类为轻子的概念。后来，μ子被重新归类，μ子、电子与电中微子一
起被归类为轻子。1962年利昂·莱德曼、梅尔文·施瓦茨与杰克·施泰因贝格尔做实验直接探测到μ中微子，证实不只一种中微子存在。马丁
·佩尔与他的实验团队于1975年完成实验首先探测到τ子。如同电子与μ子，物理学者认为它应该也有伴随的中微子，这是因为他们观察到类似
β衰变的缺失能量问题。费米实验室的直接观察τ中微子实验（DirectObservationoftheNUTau，DONU
T）团队于2000年探测到τ中微子参与作用的证据。虽然现有数据符合三个世代的轻子，有些粒子物理学者仍在寻找第四代带电轻子。这种带
电轻子的质量下限为100.8GeV，伴随它的中微子最少应该带有质量45.0GeV。轻子是自旋1?2粒子，只能处于两种自旋态：上
旋或下旋。自旋统计定理将它们按照自旋归类为费米子，遵守泡利不相容原理，因此任何两个全同的轻子不能同时占有相同的量子态。手征性与螺旋
性（helicity）是与自旋紧密相关的两种性质，螺旋性跟粒子的自旋与动量之间的相对方向有关；假若是同向，则粒子具有右手螺旋性，否
则粒子具有左手螺旋性。对于不带质量粒子，这相对方向与参考系无关，可是，对于带质量粒子，由于可以借着洛伦兹变换来改换参考系，从不同的
参考系观察，粒子动量不同，因此翻改螺旋性，可以从右手螺旋性翻改为左手螺旋性，或从左手螺旋性翻改为右手螺旋性。手征性是通过庞加莱群（
Poincarégroup）的变换来定义的性质。对于不带质量粒子，手征性与螺旋性一致；对于带质量粒子，手征性与螺旋性有别。在很多
量子场论里，例如量子电动力学与量子色动力学，并没有对左手与右手费米子作任何区分，可是，在标准模型的弱相互作用理论里，按照手征性区分
的左手与右手费米子被非对称地处理，只有左手费米子参与弱相互作用，右手中微子不存在。这是宇称违反的典型例子。轻子与对应的中微子之间的
相互作用与风味无关，换句话说，对于电子与电中微子之间的相互作用、μ子与μ中微子之间的相互作用、τ子与τ中微子之间的相互作用，假若将
质量差别纳入考量，则这三种相互作用的效应相等。这性质称为轻子相互作用的“普适性”。所有已知实验数据与这种普适性一致。做实验测量τ子
与μ子的平均寿命，或Z玻色子衰变为轻子的部分衰变宽度，可以检验这性质。在大型正负电子对撞机与斯坦福直线加速器里，完成了很多这类检验
普适性的实验。接下来我们该认识一下胶子了。在粒子物理学中，胶子（gluon）是负责在两个夸克之间传递强作用力的基本粒子，类似光子负
责在两个带电粒子之间传递电磁力一般。用科学术语来说明，胶子是量子色动力学用来在两个夸克之间传递强相互作用的矢量规范玻色子。胶子本身
带有强相互作用的色荷，这与光子不同，光子不带有色荷。因此，胶子不但传递强相互作用，它还参与强相互作用，这使得量子色动力学的分析远比
量子电动力学困难。胶子是矢量规范玻色子，如同质子，它的自旋为1。自旋为1的带质量粒子可以拥有三种偏振态。在量子场论里，为了满足局域
规范不变性，规范玻色子的质量必须为零，因此胶子不带质量（实验上限为0.0002eV），所以，只有两种偏振态。类似光子，胶子是个矢
量粒子，所以胶子的内秉宇称是负数-1在量子色动力学里，依照所带有的色荷与反色荷来区分，一共存在有8种不同的胶子。每个夸克都带有三个
不同的色荷：红色、蓝色与绿色。每个反夸克都带有三个不同的反色荷：反红色、反蓝色与反绿色。每个胶子带有一个色荷与一个反色荷。要想正确
了解它们怎样组合在一起，就必需更仔细地思考色荷数学。由于胶子本身带有色荷，胶子也参与强相互作用。胶子-胶子相互作用使得色场成为像丝
弦一般的物体，称为“通量管”（fluxtube）。当通量管被拉长时，会出现张力，因此将夸克禁闭于强子内部，这机制有效地局限强作用
力的范围半径至10?15m以内，大约为原子核的尺寸。当超过某特定长度后，假若连结两个夸克的通量管的长度越长，则能量越高，呈线性增
长；当通量管被拉到足够长之时，在能量方面，从真空制成一个夸克-反夸克对会比一味地增加通量管长度更为有利，这时，继续拉长通量管可能会
导致通量管会断裂，形成一个夸克-反夸克对。虽然在量子色动力学的正常相（英语：normalphaseofQCD），单独胶子无法
自由移动，物理学者猜测，可能存在纯粹由胶子形成的强子，称为胶球。其它种奇异强子也可能存在，这些奇异强子的重要成分将会是真实胶子，而
不是虚胶子。当不处于正常相之时，即在极端高温与极端高压强状况，会形成夸克-胶子等离子体，在这夸克-胶子等离子体里，不会有机会形成强
子，因为夸克与胶子都会变成自由粒子。接着我们来看看关于胶子的各种实验。夸克与胶子借着分裂成更多夸克与胶子来显现自己。这些分裂出的夸
克与胶子又会强子化成为无色的正常粒子。1978年夏季，在国际会议、座谈会等等多个学术场合里，德国电子加速器的正负电子对撞机与储存环
（DORIS）的PLUTO实验团队报告，发现非常狭窄共振Y(9.46)的强子型衰变可以诠释为由三个胶子制成的三重喷流事件（英语
：three-jetevent）的证据。同一团队后来发表分析报告确定这诠释正确无误，并且展示出胶子的自旋为1。1979年夏季，在
德国电子加速器的正负电子对撞机PETRA，TASSO实验团队、MARK-J实验团队、PLUTO实验团队，后来，在1980年，JA
DE粒子探测器（英语：JADE(particledetector)））又观察到三重喷流事件，这被诠释为qq胶子轫致辐射，现在更
为明显可见。1980年，TASSO实验团队与PLUTO实验团队确定胶子的自旋为1。1991年，在欧洲核子研究组织大型正负电子对撞机
储存环完成的一项后续实验确定这结果正确无误。在德国电子加速器的强子-电子环加速器，胶子的物理性质被特别地研究分析。H1探测器实验与
ZEUS探测器实验，这两项实验对于胶子在质子里的数量分布与动量分布做出仔细测量。从1996年至2007年，HERMES实验（英语：
HERMESexperiment）研究胶子对于质子自旋的贡献。从H1探测器实验搜集的光子制备数据，被用来计算光子内部的胶子密度，
当光子呈现强子行为之时。色禁闭可以用无法找到自由夸克来核对，也就是说无法找到非整数的电荷。通常，为了抵销量子颜色与风味量子数，夸克
会成对产生（夸克与反夸克）。可是，在费米实验室的CDF实验团队与D0实验（英语：D0experiment）团队于2009年报告，
探测到顶夸克单独产生的证据（虽然这仍旧涉及到成对产生，但是夸克与反夸克的风味不同）。至今为止，尚未能找到任何胶球存在的证据。200
0年，欧洲核子研究组织的超级质子同步加速器声称，在重离子对撞时观察到退禁闭，这意味着观察到一种新的物质态：夸克-胶子等离子体。20
04年至2010年，在布鲁克黑文国家实验室的相对论性重离子对撞机（RHIC），四个不同实验同时期找到夸克-胶子等离子体。2010
年，在欧洲核子研究组织的大型强子对撞机，三个实验大型离子对撞机实验、超环面仪器与紧凑μ子线圈确定探测到夸克-胶子等离子体。上面的内
容，就是人类目前对于胶子的研究和认识。怎么样？到现在为止，你的大脑还能储存多少内容？其实你的大脑储存东西的极限是不存在的。但单次
储存内容的极限是存在的。所以你可以休息一天，明天继续来看下面的内容。再来看一下关于W粒子和Z粒子的知识内容。在物理学中，W及Z玻色
子（boson）是负责传递弱核力的基本粒子。它们是1983年在欧洲核子研究组织发现的，被认为是粒子物理标准模型的一大胜利。W玻色子
是因弱核力的“弱”（Weak）字而命名的。而Z玻色子则半幽默地因是“最后一个要发现的粒子”而名。另一个说法是因Z玻色子有零（Zer
o）电荷而得名。W玻色子有两种，分别有+1（W+）和?1（W?）单位电荷。W+是W?的反粒子。而Z玻色子（Z0）则为电中性的，且
为自身的反粒子。这三种粒子皆十分短命，其半衰期约为3imes10^{-25}秒。这些玻色子在各种基本粒子之中属重型的一类。W
的质量为80.399±0.023GeV，而Z则为91.1876±0.0021GeV。它们差不多是质子质量的一百倍——比
铁原子还要重。玻色子的质量是十分重要的，因其限制了弱核力的相用范围。相对地，电磁力的相用范围无限远因为光子无质量。于1950年代量
子电动力学的空前成功后，科学家希望为弱核力建立相似的理论。于1968年，这个论调在统一电磁力和弱核力后达到高潮。提出弱电统一的谢尔
登·格拉肖、史蒂文·温伯格和阿卜杜勒·萨拉姆因此得到1979年的诺贝尔物理学奖。他们的弱电理论不止假设了W玻色子的存在来解释β衰变
，还预测有一种未被发现的Z玻色子。W和Z玻色子有质量，而光子却没有——这是弱电理论发展的一大障碍。这些粒子现时以一个SU(2)规
范理论来精确描述，但理论中玻色子必定无质量。譬如，光子无质量是因为电磁力能以一个U(1)规范理论解释。某些机制必须破坏SU(2)的
对称来给予W和Z玻色子的质量。其中一个解释是由彼得·希格斯于1960年代晚期提出的希格斯机制。它预言了一种新粒子——希格斯玻色子(
现今此粒子已被证实存在了)。SU(2)测量仪理论、电磁力和希格斯机制三者的组合称为格拉肖-温伯格-萨拉姆模型。它是目前广泛接受为标
准模型的一大支柱。W和Z粒子的发现是欧洲核子研究组织的主要成就之一。首先，于1973年，实验观察到了弱电理论预测的中性流作用；那时
加尔加梅勒的气泡室拍摄到有一些电子突然自行移动的轨迹。这些观测结果被诠释为中微子借由交换没有轨迹的Z玻色子与电子互相作用。由于中微
子是侦测不到的，因此实验中只能看到电子因着交互作用而造成的动量改变。W和Z粒子要到能量够高的粒子加速器建立后才正式被发现。第一部这
样的加速器是超级质子同步加速器，其中卡洛·鲁比亚和西蒙·范德梅尔在1983年一月进行的一连串实验给出了明显的W粒子证据。这些实验称
作“UA1”（由鲁比亚主导）和“UA2”，且为众多人合作的努力成果。范德梅尔是加速器方面的驱策者（随机冷却）。UA1和UA2在几个
月后（1983年五月）找到Z粒子。很快地鲁比亚和范德梅尔因而得到1984年的诺贝尔物理学奖，这可算是保守的诺贝尔奖基金会自成立以来
相当不寻常迅速的一次。再来说说光子，光子是我们大家都比较熟悉的粒子。光子（Photon）是一种基本粒子，是电磁辐射的量子。在量子场
论里是负责传递电磁力的力载子。这种作用力的效应在微观层次或宏观层次都可以很容易地观察到，因为光子的静止质量为零，它可以移动至很远距
离，这也意味着它在真空中的传播速度是光速。如同其它微观粒子，光子具有波粒二象性，能够展现出波动性与粒子性。例如，它能在双缝实验里展
示出波动性，也能在光电效应实验里展示出粒子性。阿尔伯特·爱因斯坦在1905年至1917年间发展出光子的现代概念，这是为了解释一些与
光的古典波动模型不相符合的实验结果。当时被普遍接受的经典电磁理论，尽管能够论述关于光是电磁波的概念，但是无法正确解释黑体辐射与光电
效应等实验现象。半古典理论在麦克斯韦方程组的框架下将物质吸收光和发射光所涉及的能量量子化，而行进的光波仍采古典方法处理；如此可对黑
体辐射的实验结果做出合理解释。爱因斯坦的主张与普朗克的半古典理论明显不同，他提出光本身就是量子化的概念，当时爱因斯坦称之为“光量子
”（英语：lightquantum）。虽然半古典理论对于量子力学的初始发展做出重大贡献，从于1923年观测到的电子对于单独光子的
康普顿散射开始，更多的实验证据使爱因斯坦光量子假说得到充分证实。由于这关键发现，爱因斯坦于1921年获颁诺贝尔物理学奖。光子的概念
带动了实验和理论物理学在多个领域的巨大进展，例如激光、玻色-爱因斯坦凝聚、量子场论、量子力学的统计诠释、量子光学和量子计算等。在物
理学外的其他领域里，这概念也找到很多重要应用，如光化学、高分辨显微术，以及分子间距测量等。在当代相关研究中，光子是研究量子计算机的
基本元素，也在复杂的光通信技术，例如量子密码学等领域有重要的研究价值。根据粒子物理的标准模型，光子的存在可以满足物理定律在时空内每
一点具有特定对称性的理论要求。这种对称性称为规范对称性，它可以决定光子的内秉属性，例如质量、电荷、自旋等f。光子的自旋为1，因此是
玻色子，不遵守泡利不相容原理。电磁场可用规范场论来理解为要求时空中每一个位置都满足对称性要求的结果。对于电磁场，这种规范对称性是复
数的局域阿贝尔U(1)对称性，复数代表着可以自由改变其相位，而不改变其实数部分，例如能量或拉格朗日量是复数的实部。在对称不破缺的前
提下，阿贝尔规范场的量子必须是无质量的、不带电荷的玻色子，因此理论预言光子为无质量无电荷并带有整数自旋的粒子。电磁相互作用的形式决
定了光子的自旋一定为±1，即螺旋性一定为正负h{displaystylepmhbar,}正负，对应着光子经典概念中的左旋和右
旋；而虚光子也可能会具有无物理意义的其他自旋态。物理学家一直在致力于检查实验结果和标准模型的预言相矛盾之处，特别是从实验中计算光子
所带电荷和内秉质量的上限，任何一个值非零都是对标准模型致命的破坏。然而，目前为止所有实验都证明光子具有的电荷和内秉质量为零，现今最
为广泛接受的上限值分别为5×10?52库仑（3×10?33倍基本电荷）和1.1×10?52千克（6×10-17电子伏特）。在流行的
标准模型中，光子是弱电相互作用的四个规范玻色子之一，其他三个是参与弱相互作用的W+,W?和Z0，它们都具有内秉质量，因此需要一种
SU(2)规范对称破缺的机制来解释。光子和W、Z玻色子的电弱理论是由格拉肖、萨拉姆和温伯格完成的，三人因此项工作获得1979年的诺
贝尔物理学奖。而大统一理论的创立，是物理学家试图将这四种规范玻色子和传递强相互作用的八种胶子规范玻色子联系起来的尝试；然而大统一理
论的一些关键性预言，例如质子的衰减，还没有在实验中得到证实。当一个系统辐射出一个光子，从相对系统静止的参考系来看，能量相应地降低了
一个光子对应的能量E=hv，这造成系统质量降低了{displaystyleE/c^{2},}；同样地，系统吸收光子时质量也会增加相应的值。这一概念被应用于狄拉克发起的理论——量子电动力学的关键性预言中。在这理论里，电子（或更普遍性的，轻子）的质量被修正，将虚光子的质量贡献纳入计算，应用到重整化技术。这种“辐射修正”在量子电动力学里给出一些预言，例如，轻子的磁偶极矩、兰姆位移、束缚轻子对的超精细结构（例如μ介子素或电子偶素）。既然光子对能量-动量张量有贡献，根据广义相对论它们也会产生引力场。反过来，光子本身也会受到引力场的作用，在弯曲的时空中它们的路径也会发生弯曲，在天体物理学中这被应用为引力透镜。在强引力场中运动时光子的频率会发生引力红移，这一点已经在庞德-雷布卡实验（英语：Pound-Rebkaexperiment）中得到证实。当然，这些效应并不仅限于光子，而对经典的电磁波同样成立。更多关于光学知识的介绍，在前面几章有论述，大家可以回头多看看。最后一个要认识的粒子是希格斯玻色子。这个前面第第二十四章《希格斯玻色子，让一切重起来！》有详细的论述，大家返回去来看。希格斯玻色子（英语：Higgsboson）是标准模型里的一种基本粒子，是一种玻色子，自旋为零，宇称为正值，不带电荷、色荷，极不稳定，生成后会立刻衰变。希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。根据希格斯机制，基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。在2013年的时候，希格斯玻色子被发现了。以上就是所有61种基本粒子的相观知识和历史实验发现。对于我们来说，这不是终极理论。就像文中提到的，还有一些科学家在搜索发现新的粒子。所以人类永远不会无聊，因为有太多未解之谜，宇宙之谜等着我们去破解。摘自独立学者，诗人，作家，国学起名师灵遁者量子力学书籍《见微知著》 |
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