基本粒子

素粒子

V 原子／素粒子

一句话结论

质子与中子由夸克组成（各三个）；电子属于轻子，目前认为不可再分。每种粒子都有对应的反粒子，相遇时湮灭并放出能量。四种基本相互作用：强、电磁、弱、引力。

「基本粒子」的名单一直在变短再变长：分子 → 原子 → 质子中子电子 → 夸克与轻子。每一层都曾被认为是最终的，直到发现它还能再分。目前认为夸克和轻子是不可再分的，但这个结论本身也是暂时的。

为什么是这样

质子和中子并不是最基本的——它们各由三个夸克组成。质子是 uud、中子是 udd（u 和 d 分别叫上夸克与下夸克）。这解释了 β 衰变的微观机制：中子里的一个 d 夸克变成 u 夸克，于是 udd 变成 uud，中子变成质子。

电子则属于另一大类叫轻子，目前没有发现内部结构。所以现代的「基本粒子」名单主要是夸克与轻子两类，加上传递相互作用的粒子（如光子）。

每种粒子都有反粒子：质量相同、电荷相反。电子的反粒子是正电子。粒子与反粒子相遇会湮灭，全部质量按 E = mc² 变成能量——这是质能关系最彻底的体现（不是部分亏损，而是全部转化）。

这一节主要是定性的，官方シラバス也不要求定量计算。但有一条量值得会算：湮灭释放的能量 E = 2mc²（粒子与反粒子的质量都转化）。

以电子—正电子湮灭为例：单个电子的静能 mc² = 9.1 × 10⁻³¹ × (3.0 × 10⁸)² ≈ 8.2 × 10⁻¹⁴ J ≈ 0.51 MeV。所以一对湮灭放出约 1.02 MeV，通常以两个 γ 光子的形式射出。

四种基本相互作用按强度排序：强 > 电磁 > 弱 > 引力。强相互作用把夸克绑成核子、把核子绑成核（克服质子间的斥力）；弱相互作用负责 β 衰变；引力在粒子尺度最弱，可以完全忽略。

E = 2 m c 2

适用条件

这一节的题几乎都是判断题，考的是分类与顺序。以一道典型题为例：下列哪些是基本粒子——质子、电子、中子、夸克？

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本节还有 8 部分，以及配套的真题和小测验。