粒子列表

這是一份粒子物理學的**粒子清單**，包括已知的和假設的**基本粒子**，以及由它們合成的**複合粒子**。

　
: _關於根據發現年代順序排列的次原子粒子清單，請參見_粒子發現年表。

## 基本粒子

基本粒子是沒有可測量的內在結構的粒子，就是說，它不是其他粒子的複合。它們是量子場論的基本物質。基本粒子可以根據它們的自旋分類，費米子有半整數自旋而玻色子有整數自旋。

### 標準模型

「標準模型」所呈現的是我們目前對於基本粒子物理的了解，人們已觀測到所有標準模型中的粒子。

#### 費米子（具有半整數自旋）

費米子具有半整數自旋，每個費米子都有對應的反粒子。費米子是所有物質的基本組成成份。費米子有兩種形式，一種是夸克另一種是輕子，它們最大的不同是前者有色荷交互作用而後者沒有。

* 夸克具有三種色荷（colour）的特性，分別是紅（R）、綠（G）、藍（B），反夸克具有三種補色，分別是 R、G、B。

　
:

* 輕子沒有色荷

　
:

#### 玻色子（具有整數自旋）

玻色子有整數自旋，基本交互作用是由規範玻色子傳遞，希格斯玻色子涉及到規範玻色子和費米子獲得質量的機制。

　
:

每個膠子帶有一個單位色荷的顏色與一個單位色荷的反顏色。顏色可以是紅色 ${\color {Red}r}$ 、藍色 ${\color {Blue}b}$ 或綠色 ${\color {Green}g}$ 。反顏色可以是反紅色 ${\color {Cyan}{\bar {r}}}$ 、反藍色 ${\color {Magenta}{\bar {b}}}$ 或反綠色 ${\color {Goldenrod}{\bar {g}}}$ 。所以，膠子可能處於九種不同的色態，分別為

$$
r{\bar {r}}$ 、 $r{\bar {b}}$ 、 $r{\bar {g}}$ 、 $b{\bar {r}}$ 、 $b{\bar {b}}$ 、 $b{\bar {g}}$ 、 $g{\bar {r}}$ 、 $g{\bar {b}}$ 、 $g{\bar {g}}
$$

實際而言，膠子是處於這九種色態的線性獨立組合，色單態並不存在，所以只有八種色態，分別為

希格斯玻色子主要是為了解釋粒子質量的起源。在被稱為希格斯機制的過程中，希格斯玻色子和標準模型中的其他費米子通過的 SU（2）規範對稱性的自發破缺獲得質量。

最小超對稱標準模型（MSSM）預測有多個希格斯玻色子（ $h^{0}$ 、 $H_{1}^{0}$ 、 $H_{2}^{0}$ 、 $H^{\pm }$ 、 $H^{\pm \pm }$ 、 $A^{0}$ ）。

引力子被加在列表中，雖然它不是由標準模型預測的，但在量子場論等理論中是存在的。

### 假想的粒子

根據超對稱理論的預測，標準模型中的每一個粒子都存在一個與其對應，自旋相差 1/2 的超對稱粒子（Superpartner）。雖然目前為止，超對稱粒子還沒有被實驗所證實，但是它們很有可能在歐洲大型強子對撞機中被發現。費米子的超粒子是超費米子（Sfermion），命名時在每種費米子前加一個 s。玻色子的超粒子，命名時在每種玻色子後加一個 ino。

 
**超夸克**（squarks，符號 ${\tilde {q}}$ ）是夸克對應的的超對稱粒子，自旋為 0。

 
**超輕子**（Sleptons，符號 ${\tilde {\ell }}$ ）是輕子對應的的超對稱粒子，自旋為 0，包括純量電子、純量緲子、純量陶子、純量微中子。許多標準模型的擴展提出，可能需要解釋 LSND 的結果。一個不參加除引力以外的任何交互作用的純量微中子，MSSM 中右旋微中子相對應的粒子，被稱為惰性微中子（Sterile neutrino）。

 
**超規範子**（gaugino，符號 ${\tilde {\chi }}_{i}^{\pm }$ ）是規範玻色子對應的超對稱粒子

 
**超希格斯粒子**（Higgsino，符號 ${\tilde {H}}$ ）是純量玻色子希格斯玻色子對應的超對稱粒子

註：正如光子，Z 玻色子和 W± 玻色子是 B0, W0, W1 和 W2 的疊加態。相對應地，超光子，zino 和 wino± 是 bino0, wino0, wino1 和 wino2 的疊加態。

 
其它理論預言存在另外的玻色子:

夸克和輕子的理論結構模型：

* 阿爾法子 alphon
* 貝他子 beiton
* 歐米伽子 omegon
* 族子 familon
* 格里克子 gleak
* 單子 haplon
* 毛粒子 maon
* 前子 preon
  * 色子 chromon
  * 味子 flavon
  * 代子 somon
* 前夸克 prequark
* 奎克 qwink
* 初子 rishon
* 亞夸克 subquark
* 亞層子 substraton

## 複合粒子

### 強子

所有受到強交互作用影響的次原子粒子都被稱為強子。

* **介子**由一個夸克和一個反夸克組成，自旋總是整數，所以它們是玻色子。
* **重子**由三個夸克或反夸克組成，自旋總是半整數，所以它們是費米子。

#### 介子（玻色子）

介子由一個夸克和一個反夸克組成，夸克偶素（Quarkonium）由正反同一夸克構成的束縛態。

 
**介子的分類與命名**

† C - 宇稱只與中性介子有關。

†† 當**_J_PC**=1−−（1³_S_1）時 _ψ_ 介子被稱為 _J/ψ_ 介子

由於一些符號可能指向一個以上的粒子，因此有一些額外的規則：

* **_J_PC**=0 的是純量介子，**_J_PC**=1 是矢量介子，**_J_PC**=2 是張量介子，對於其餘的介子，_**J**_ 數字被添加到下標：_a0_、_a1_、_χc1_ 等。
* 對於大多數 _ψ_、_ϒ_、_χ_ 的狀態，通常會增加能階資訊的表示：_ϒ(1S)_、_ϒ(2S)_。第一個數字是主量子數，字母是能階符號 _L_，省略了多重性，因為它隱含在符號中，_**J**_ 在需要時標識：_χb1(1P)_，如果沒有獲得能階資訊，則在括號中添加質量（單位：MeV/_c_2）：_ϒ(9460)_。
* 符號不能區分乾淨夸克態和膠球態，因此膠球使用同樣的標記方案。對於具有**_J_PC** 奇異量子數 (**_J_PC** = 0−−，0+−、2+−、4+− …、1−+、3−+、5−+…) 的介子，使用與**_J_P** 相同介子的相同符號，將_**J**_標識出，同位旋（I=0）的**_J_PC** = 1−+ _標記為 ω1_。當粒子的量子數未知時被稱為 _X_,_Y_,_Z_，在括號中用質量表示。
 * $K^{0}\,({\bar {s}}d)$ 與 ${\bar {K}}^{0}\,(s{\bar {d}})$ 混合產生，短壽命的 $K_{S}^{0}={\begin{matrix}{{\sqrt {2}} \over 2}\end{matrix}}(K^{0}-{\bar {K}}^{0})$ （ _PC_ = +1），長壽命的 $K_{L}^{0}={\begin{matrix}{{\sqrt {2}} \over 2}\end{matrix}}(K^{0}+{\bar {K}}^{0})$ （ _PC_ = -1）。
* 如果**_J_P** 是正規級數，包括正宇稱 (**_J_P** = 0+, 2+, …) 和負宇稱 (**_J_P** = 1−, 3−, …) 在符號上添加上標（ **∗** ）。
* 如果不是贗純量介子（**_J_P** ＝ 0−）或矢量介子（**_J_P** ＝ 1−）將 (**_J_P**) 添加為符號下標。
* 當介子的共振態已知時，在括號中加上。當共振狀態未知時，在括號中添加質量（單位：MeV/_c_2）。介子處於基態時，括號中不加任何東西。

#### 重子（費米子）

重子由三個夸克或反夸克組成。雙夸克（Diquark）或雙夸克關聯 / 聚類是一個假設狀態，重子內的三個夸克分成兩組，相應的重子模型稱為夸克 - 雙夸克模型。雙夸克通常被視為一個次原子粒子，第三夸克通過強交互作用與之交互作用。二夸克的存在是一個有爭議的問題，但它有助於解釋某些核子性質，並重現對核子結構敏感的實驗數據。

**重子的分類與命名**

根據同位旋（I）和所含夸克的種類將重子分為兩類六組：

* 核子（N）：質子（p）、中子（n）、第二代中子 nμ（1149GeV）、第三代中子 nτ（49501GeV）
* 超子：Δ 重子、Λ 重子、Σ 重子、Ξ 重子、Ω 重子

命名規則依據的是輕夸克（上夸克、下夸克、奇夸克）與重夸克（魅夸克、底夸克、頂夸克）的組合情況，規則涵蓋了六種夸克所有可能的三夸克組合的情況，包括包含頂夸克的組合：

* 重子包含三個（ 
u 

 、 
d 
）夸克： 
N 

(_I_ = 1/2) 、 
Δ 

(_I_ = 3/2)
* 重子包含兩個（ 
u 

 、 
d 
）夸克和一個（ 
s 
）夸克： 
Λ 

(_I_ = 0) 、 
Σ 

(_I_ = 1)，如果 
s 
夸克是重夸克（ 
c 
、 
b 
、 
t 
 ）將夸克符號標為下標
* 重子包含一個（ 
u 

 、 
d 
）夸克和兩個（ 
s 
）夸克： 
Ξ 

(_I_ = 1/2)，如果 
s 
夸克是重夸克（ 
c 
、 
b 
、 
t 
 ）將夸克符號標為下標
* 重子沒有包含（ 
u 

 、 
d 
）夸克，包含了三個（ 
s 
）夸克： 
Ω 

(_I_ = 0)，如果 
s 
夸克是重夸克（ 
c 
、 
b 
、 
t 
 ）將夸克符號標為下標
* 對於重子強衰變粒子，_J_P 值被視為其名稱的一部份，共振態的質量添加在括號中（單位：MeV/_c_2）。

實際使用時還有一些額外的規則對重子之間進行區別，會用到一些不同的符號：

* 只含有一種夸克的重子（如 uuu 和 ddd）存在 _J_P = 3⁄2+ 組態，而 _J_P = 1⁄2+ 組態是包立不相容原理所不允許的。
* 含有二種夸克的重子（如 uud 和 uus）和三種夸克的重子（如 uds 和 udc）可以存在 _J_P = 1⁄2+ 和 _J_P = 3⁄2+ 兩種組態，添加上標（ **∗** ）區別。
* 含有三種夸克的重子（例如 uds 和 udc）可以存在 _J_P = 1⁄2+ 的兩種組態。添加上標（ **′** ）區別。
* 根據重子的電荷數添加上標（**0**、**+**、**-**）。

 

#### 非常規強子態

非常規（nonconventional）強子態，**奇異強子（Exotic hadron）** ，也稱為外來態或奇異態（exotic states），QCD 理論不禁止包含的基本粒子不是 2 個或者 3 個夸克的強子

* 膠球（Glueball）： ${N_{q}}=0$ ， ${N_{g}}\geq 2$
* 混雜態（Hybrid）： ${N_{q}}\geq 2$ ， ${N_{g}}\geq 1$
* 多夸克態（Multiquark state）： ${N_{q}}>3$
* 分子態（Molecule）： ${N_{Q}}\geq 2$

**奇異介子**，由多於一個夸克和一個反夸克組成或由純膠球組成自旋總是整數

* 具有 _J_PC 奇異量子數 (_J_PC = 0−−，0+−、2+−、4+− …、1−+、3−+、5−+…) 的介子。
* 膠球（Glueballs 或 Gluonium）- 由兩個膠子或三個膠子組成，膠子與膠子之間通過自耦合，形成束縛態。質子之間的碰撞交換的偶數膠子球是坡密子（Pomeron），相對應的奇數膠子球是奇數子（odderon）。
* 四夸克態（Tetraquark）- 由兩個夸克和兩個反夸克組成束縛態，或者由兩個夸克組成分子態即介子分子（Mesonic molecule）和介子偶素（mesonium），還可能存在的組合方式雙夸克偶素（Diquark-onium，正夸克對與反夸克對的束縛態），強子夸克偶素（Hadro-quarkonium），夸克偶素伴隨介子（Quarkonium adjoint Meson）。
* 六夸克態（Hexquark）- 由三個夸克反夸克對組成束縛態，或者由三對夸克反夸克對組成分子態。
* 介子混雜態（hybrid mesons）- 夸克膠子混雜態（Hybrids）- 由一個夸克和一個反夸克與一個膠子形成混雜態。

**奇異重子**，由多於三個夸克或和三個反夸克組成自旋總是半整數

* 五夸克態（Pentaquark）- 是由四個夸克和一個反夸克組成束縛態，或者由重子和介子組成分子態即重子介子分子（baryonic-mesonic molecules）。
* 雙重子態（Dibaryo）- 由兩個重子組成束縛態即重子分子（baryonic molecules），具有六個夸克或六個反夸克。
* 重子偶素（Baryonium）- 由重子反重子組成束縛態。
* 七夸克態（Heptaquark）- 由五個夸克和兩個反夸克組成。
* 重子混雜態（hybrid baryons）- 夸克膠子混雜態（Hybrids）由三個夸克或三個反夸克與一個膠子形成混合態。
* 超對稱 R - 重子 - 具有三個夸克或三個反夸克和一顆超膠子組成。

### 原子核

每一種原子核都有特定數量的中子和質子，一種原子核會以衰變的方式變成另一種原子核。

### 原子

原子是能區分出化學元素的最小粒子。典型原子的直徑大約是 10-8 厘米，原子是由一團電子雲環繞著一個相對很小的原子核所構成。

### 芮得柏態

* 芮得柏原子（Rydberg atom）是具有高激發態電子（主量子數 n 很大）的原子。芮得柏原子中只有一個電子處於很高的激發態，離原子實（原子核和其餘的電子）很遠，原子實對這個電子的庫侖作用可視為一個點電荷，因此可以將芮得柏原子看作類氫原子。目前實驗室中已經製備出 n≈105 的原子，無線電天文已經觀測到了 n≈630 的芮得柏原子。
* 芮得柏分子（Rydberg molecule）是是通過兩個原子形成的，其中一個是芮得柏原子，另一個是正常原子。氦二 (Dihelium) (He2\*) 是已知第一種芮得柏分子。
* 芮得柏極化子（Rydberg polaron）是一種奇異的物質狀態，在超低溫下產生，其中一個非常大的原子在原子核和電子之間的空間中含有其他普通原子。為了形成這個原子，必須將原子物理的玻色 - 愛因斯坦凝聚體和里德堡原子兩個領域結合起來。

### 超原子

超原子（Superatoms）是由多個原子組成的特定團簇具有類似於原子特性的穩定結構單元，其物理和化學性質隨所含原子的組分、數目和結構的不同而變化。團簇可以模擬元素週期表中單個原子的性質，如原子中電子狀態的幻數特徵、原子軌道以及氧化還原特性等。一個顯著特點是在它與其他原子或團簇化合時能保持自身結構和性質的完整性。

### 奇異原子

指與一般原子構成不同的原子，奇異原子是像正電子、反質子、緲子、反緲子、π 介子、K 介子、超子等由不穩定的粒子代替質子、中子、電子等穩定粒子構成的，壽命都不長。偶素是粒子及其反粒子的束縛態，英文命名是在該粒子名後加後綴 - onium。奇異原子也能形成分子，緲子偶素就已經合成氯化緲子偶素（MuCl）和緲子偶素化鈉（NaMu）。

* 輕子束縛態：兩個輕子的束縛態。
* 輕子原子：輕子繞原子核旋轉。
* 雙強子原子：強子繞原子核旋轉，分為介子原子（mesonic atom）、雙介子原子（dimeson atom）、重子原子（baryonic atom）。
* 核束縛態：原子核內有介子或超子，可分為介子核（Mesonucleus）和超核（Hypernucleus）。
* 強子分子態：由兩個或兩個以上重子通過強交互作用結合形成，介子偶素、介子分子（含雙介子態）、重子分子（含雙重子態）、重子偶素及重子介子分子。重子分子是氫 - 1 以外所有元素的原子核以及雙重子態和超核。
* 反物質（Antimatter）

### 超對稱複合粒子

超對稱費米子會形成複合粒子，可以是原子和分子態，甚至還可以是准晶體的相態，但這需要引入額外維度的存在。

### 分子

分子是能單獨存在、並保持純物質的化學性質的最小粒子，分子由多個原子在共價鍵中透過共用電子連接一起而形成。

## 凝聚體

凝聚體物理學的場方程式跟高能量粒子物理學所用到的非常相似。因此粒子物理學的大部份理論都能被應用於凝聚體物理學，在凝聚體物理學上，類似於在交互作用粒子系統中的一個實體，當實體中的一個粒子在系統中朝一定方向運動，環繞該粒子的其它粒子云因為其間的交互作用而類似與被拖曳著向某個方向運動，這一系統就像一個自由運動著的整體，也就是一個**準粒子**。**元激發（elementary excitation）** 是指物質中粒子之間、粒子自旋之間、帶電粒子與電磁波之間各有交互作用，從而產生粒子的各種集體運動，通常表現為不同的振動或波動，其能量量子就是元激發。因其具有粒子的性狀，又稱准粒子。在凝聚體物理中，引入這樣一個「准粒子」的概念非常重要。準粒子主要有：

* 任意子 Anyon
* 軸子 axion、類軸子粒子 (Axion-Like Particles)
* 玻戈留玻夫粒子 Bogoliubon
* 結構子 Configuron、位移子 Dislon、相位子 Phason、起伏量子 Phoniton
* 狄拉克費米子 Dirac fermion、外爾費米子 Weyl fermion、三分量費米子 three-component fermion、馬約拉納費米子 Majorana fermion、沙漏費米子 HourGlass fermion、馬克士威費米子 Maxwell fermion
* 狄拉克玻色子 Dirac bosons、外爾玻色子 Weyl bosons、三分量玻色子 three-component bosons
* 偶極子 dipole、電雙級 electric dipole、基本電雙級 elementary electric dipole、磁偶極子 Magnetic dipole
* 分數電荷粒子 fractional charge particles 奇數分母 1/3、1/5 電荷粒子與偶數 1/4、2/5 電荷粒子的性質不同。
* 准電子 Elctron quasiparticle、准電洞 Electron hole，又稱為電洞
* 激子 Exciton、帶電激子 Trion、雙激子 Biexciton、量子滴 Dropleton、聚集子 Collexon、π 子 Pi-ton
* 碎形振子 Fracton、碎形振子（次維度粒子）Fracton (subdimensional particle)
* 電洞子 Holon，又稱為電荷子 Chargon、軌道子 Orbiton、自旋子 Spinon，電荷自旋分裂的三個准粒子
* 列韋子 Leviton
* 磁振子 Magnon、狄拉克磁振子 Dirac magnons、外爾磁振子 Weyl magnons、三分量磁振子 three-component magnons
* 磁單極子 Magnetic monopole、狄拉克磁單極子 Dirac monople、霍夫特 - 波利亞科夫磁單極子 t'Hooft-Polyakov monople、吳 - 楊磁單極子 Wu–Yang monopole
* 磁性斯格明子 Magnetic Skyrmion
* 馬約拉納粒子 Majorana
* 聲子 Phonon
* 電漿激元 Plasmon
* 等離極化子 Plasmaron
* 極化激元 Polariton
* 極化子 Polaron、雙極化子 Bipolaron
* 旋子 Roton
* 孤立子 Soliton、 達維多夫孤子 Davydov soliton
* 皺紋子 Wrinklon

參見準粒子列表

## 其他粒子

* 加速子 Acceleron
* 任意子 Anyon
* 時間子 chronon 假設的計時單位
* 法捷耶夫 - 波波夫鬼粒子 Faddeev–Popov ghost
* 傅里德曼粒子 Friedmon
* 伽利略子 Galileon
* 引力電磁體 geon（gravitational electromagnetic entity），也叫真子
* 傑能子 genon
* 戈德斯通玻色子 goldstone boson
* 戈德斯通費米子 goldstone fermion
* 戈德斯通微子 goldstino
* 瞬子 instanton
* 輕子夸克 leptoquark
* 最大粒子 Maximon
* 最小粒子 Minimon
* 奇數子 odderon
* 普朗克粒子 Planck particle
* 普瑞頓子 plekton
* 坡密子 Pomeron
* 斯格明子 Skyrmion
* 虛假粒子 spurion（模方為零的粒子）
* 弦球 Stringball
* 極高能宇宙射線 ultra-high energy cosmic ray（UHECR）
* 非粒子 Unparticle

## 暗物質理論的粒子

* 軸子 Axion
* 超軸子 Axino
* 變色龍粒子 Chameleon particle
* 暗光子 Dark photon 會同任何攜帶負電荷的物體交互作用，不過比普通光子更重。
* 黑洞子 Holeum 是假設的穩定的、量子化的原始或微型黑洞的引力束縛態。
* 瞬子 instanton 光子與膠子的融合漩渦，其場為軸子場。
* 最輕超對稱粒子 Lightest Supersymmetric Particle（LSP）
* 質量維度一費米子 mass dimension one fermions 半自旋非狄拉克費米子，是暗物質的候選者
* 迷你電荷粒子 Minicharged particle
* 超中性子 Neutralino 中性微子
* 惰性微中子 Sterile neutrino
* 強交互作用粒子 Strongly interacting massive particle（SIMP）
* 大質量弱交互作用粒子 Weakly interacting massive particles（WIMP）
* 弱交互作用亞電子粒子 weakly interacting sub-eV particles（WISP）
* 弱作用巨獸粒子 Wimpzilla
* d\* 六夸克態 d\* hexaquark

## 超光速理論的粒子

* 慢子（遲子）tardyon 亞光速粒子 bradyon 永遠低於光速，同義與具質量粒子（Massive particle），指其靜止質量為非零實數的粒子。
* 光子 luxon 永遠等於光速，是一種無質量粒子，指靜止質量為零的基本粒子。兩個已知的無質量粒子（Massless particle）都是規範玻色子：光子（電磁學的載體）和膠子（強交互作用力的載體）。
* 迅子（速子，迅子) tachyon 是一種理論上預測的超光速次原子粒子，總是以超過光速的速度在運動，它無法降低速度至亞光速狀態。

## 參看

* 標準模型理論描述所有粒子的理論。
* 元素週期表所有原子的清單。
* 同位素列表所有同位素的清單。
* 化學品列表所有分子的清單。

## 參考文獻

* Particle Data Group （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） S. Eidelman; et al. Review of Particle Physics. Physics Letters B. 2004, **592**: 1.  引文格式 1 維護：顯式使用等標籤 (link)

## 外部連結

* _Elementary Particles_ by Joseph F. Alward, PhD, Department of Physics, University of the Pacific
* _elementary particles_, The Columbia Encyclopedia, Sixth Edition. 2001.
* The Review of Particle Physics （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* The Review of Particle Physics 2018 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）