2. 标准模型地图

怎样读粒子地图 #

“味”指一种夸克或轻子，并非日常味觉。自旋是内禀角动量，不是小球自转。电荷、色荷和弱相互作用量子数决定场如何相互作用。中微子味标记弱相互作用产生与探测通道，不代表第四代粒子。

2.1 标准模型包含什么 #

标准模型的规范群是

G_{\mathrm{SM}}=SU(3)_C\times SU(2)_L\times U(1)_Y.

其物质场由三代夸克和轻子组成，规范场对应胶子、电弱规范玻色子，另有一个复希格斯双重态。自发电弱对称性破缺后，我们观察到光子 $\gamma$ 、 $W^\pm$ 、 $Z^0$ ，以及一个物理希格斯标量 $H$ 。Review of Particle Physics (2026) · Electroweak Model and Constraints on New Physics (2025)

科普图里常说“标准模型有 17 种基本粒子”，这是把 6 种夸克味、6 种轻子、光子、胶子、 $W$ 、 $Z$ 和希格斯按代表类别计数的简写。若把每个夸克的三种颜色、8 个胶子、反粒子和不同内部自由度分别计算，就会得到不同总数。因此不存在一个物理上唯一、最权威的“61 种基本粒子”计数方式。

2.2 费米子与玻色子 #

费米子具有半整数自旋并服从费米–狄拉克统计；玻色子具有整数自旋并服从玻色–爱因斯坦统计。对标准模型基本场而言：

夸克与轻子是自旋 $1/2$ 费米子；
光子、胶子与 $W/Z$ 是自旋 1 规范玻色子；
希格斯玻色子是自旋 0 标量玻色子。

因此“玻色子就是传递力的粒子”并不严格。希格斯是玻色子，却不是通常意义上用来定义一种新的长程基本力的规范传播子。假想的自旋 2 引力子若存在，将属于量子引力理论，而不属于标准模型。

2.3 三代不是三个“发现年代” #

三代费米子写成

\begin{aligned} &\text{第一代}:&&(u,d),\ (\nu_e,e),\\ &\text{第二代}:&&(c,s),\ (\nu_\mu,\mu),\\ &\text{第三代}:&&(t,b),\ (\nu_\tau,\tau). \end{aligned}

“代”描述的是量子数结构的重复，而不是发现时间顺序。每一代的规范量子数具有相同模式，但汤川耦合和由此得到的质量相差很大。为什么存在三代、为什么汤川耦合跨越如此多数量级，是标准模型没有解释的“味问题”之一。Review of Particle Physics (2026)

2.4 代表性质量尺度 #

从电子的 $0.511\,\mathrm{MeV}$ 到顶夸克约 $10^2\,\mathrm{GeV}$ ，标准模型粒子质量跨越约六个数量级。 $W$ 、 $Z$ 质量约在 80–91 GeV，希格斯质量约为 125 GeV。精确的世界平均值会随新数据与组合方法更新，应优先查询当年 PDG 表格而不是把旧网页数字永久固定在教材中。2026 Summary Tables and Particle Properties (2026) · Higgs Boson Physics, Status of (2025)