請問基本粒子難道沒有什麼形狀之類的性質嗎？

01-06

雖然在物理研究中，基本粒子往往被看成一個體積可以忽略的點??但是它們的體積，或者形狀難道就真的沒有意義嗎？萬物皆是由這些東西組成，數目很大但並不是無限??不是無限說明這些粒子還是有一定的形狀、體積啊，可為什麼沒人去研究這些呢？（比如去研究一個電子的形狀或是研究夸克的形狀之類的）
（新人只是突然腦洞大開??第一次提問，有什麼言語不當請批評指正，謝謝！）

真的有人在研究這類問題啊，前面某位說大家不知道怎樣研究的同學你真的錯了。

先跑題一下，原子核其實就有各種形狀，有的是球形核，有的是長橢球核，有的是短橢球核。有的甚至在原子核的外圍有一層中子皮等等等等。

但題主關心的是基本粒子，那我就只好跳過原子核部分，談談基本粒子的形狀。

大家都知道法醫這個職業吧？法醫通過解剖死者的屍體，發現各種線索，最後從蛛絲馬跡中推測出死者的死因是什麼。

從某種意義上來講，高能實驗物理學家們的工作很像法醫，他們讓加速器中的粒子不斷對撞，對撞的粒子發生散射或者產生新的粒子，最後物理學家們通過從探測器中記錄的數據判斷實驗中到底發生了什麼。

題主你要知道的是：純粹的點粒子和有形狀的非點粒子在發生散射時最後的結果是不一樣的。粒子因為具有一定的形狀而對散射結果產生一定的影響，這就是散射截面中形狀因子的由來。

從目前的結果來看，最基本的那些粒子：三代輕子、六種夸克和中間波色子還沒發現有什麼形狀，但是再往上一級，也就是題主所說的那些基本粒子（包括質子、中子、各種介子等），往往都是有形狀的。

有，可以用形狀因子 (form factor) 來描述。

有人研究，這個領域叫做強子物理，屬於核物理的一個分支，更廣義的屬於高能物理。

其實高能物理散射，在一定意義上就是在研究粒子的「形狀」，說得更具體一點，其實散射實驗就是通過摔碎的玻璃碴子判斷玻璃杯的形狀。

基本粒子比現在最精密的「顯微鏡」（也就是對撞機）尺度更小，因此看不到它長什麼樣。

質子中子這類粒子是足夠大的，可以看得到它的形狀，因此處理不同問題的時候，它的形狀有特定的描述方式，不過比較微妙，就不胡說了。

另外粒子的自旋是可以觀測的，這也是粒子「形狀」的一個重要部分。

有形狀、體積就有內部結構。

基本粒子的「基本」就是說，它沒有內部結構。

基本粒子不是被「看成」一個體積可以忽略的點，它們確實就是一個點。

當然，如果從傳統的角度來看，即使是基本粒子也存在散射截面，你也可以認為它是一個球體，但是顯然這個球體的體積是無法確定的，這與與其散射的粒子的初始動能有關係。從這個意義上講，萬事萬物的「形狀」其實也不是確定的，這也就有了「形變」這一說。

而之所以說基本粒子是一個點，是因為它們按照「基本粒子」一詞的定義是不具備內部結構的。

當然，你要是說夸克、輕子、中間玻色子都是點粒子，這樣也不準確。確實，標準模型認為它們是基本粒子，現有的對撞機也無法探測到其內部結構，但我們也不能完全保證標準模型是對的嘛（實際上它確實存在很多解釋不了的問題，比如暗物質的組成粒子為啥只參與弱作用和引力）

事實上，這個問題的坑很深，關於粒子形狀問題的研究可謂是現代粒子物理的一項基本任務。先來澄清一個問題，事實上題主肯定是受了日常生活中物體形狀的影響，比如在宏觀世界中我們可以說一個物體是圓的或者方的。但是在微觀世界，各種微粒都具有波粒二象性，這個時候再談具體的形狀已經沒啥意義了，至於粒子的體積，事實上也變成了一個統計量。

我的觀點是，基本粒子也是有「形狀」的，但是這裡所說的「形狀」已經遠遠不是日常生活中所理解的那個形狀了。

先從原子說起，比如氫原子，一個經典的圖像就是原子核外一個電子繞著核高速運動。我們知道想從經典電磁學出發去理解這個現象是不可能的，因為由於同步輻射電子會丟失能量最終會掉到原子核裡面去。量子力學暫時丟掉了剛性粒子的概念，把電子繞原子核的運動當做是一種概率波的波動行為，通過求解薛定諤方程可以得到電子的波函數，那麼徑向概率分布的極大值點就變成了氫原子的半徑。

比如，我們可以利用求得的徑向波函數，可以求出電子的徑向位置分布概率，即不管方向如何，找到電子在( $r,r+dr$ )球殼中的概率為：

$r^2drint dOmega|psi(r, heta,varphi)|^2=[R_{nl}(r)]^2r^2dr=[chi_{nl}(r)]^2dr$

我們以基態為例，可以求出 $|chi_{10}(r)|^2$ 有極大值，代入波函數的具體形式可得

$|chi_{10}(r)|^2=(R_{10})^2r^2=frac{4}{a^3}exp(-2r/a)$

極大值的位置由

$frac{d}{dr}|chi_{10}|^2=0$ 確定，最後可得 $r=a$ ，即是處於基態時氫原子的半徑，可見在微觀世界，如果想繼續用宏觀世界所用的半徑這些東西來描述粒子的話，那所謂的「半徑」實際上已經變成了統計量。再比如，在夸克模型中，重子與介子的半徑實際上也是通過這種方法求解的，不過求的是方均根半徑而已，意義是一樣的。

然後我們說說「形狀」的事情。在粒子物理中，形狀與粒子的具體組分有關，但是如果我們研究的尺度遠大於微觀粒子的統計尺度，那麼是可以將微粒當做點粒子處理的。一個典型的粒子就是，夜晚高掛在我們頭頂的月亮，在地球上看來，其光滑如玉，是個完美的球形，但是我們知道它跟地球一樣有高山有平原，而這是由我們觀察它的距離決定的。那麼在粒子物理中，我們說一個粒子具體是啥「形狀」實際上也是由我們觀察它的距離(或者說能量標度)所決定的。

當年質子剛發現的時候大家也不認為質子是基本粒子嘛，但是隨著用高能電子去轟擊質子時出現的Bjorken scaling 現象，發現質子也是由內部結構的，現在我們知道在經典的夸克模型中，質子可以看做是由 $uud$ 三個夸克構成的，然而三個 $uud$ 流夸克的質量要遠小於質子的質量，所以又有人認為質子中可能也含有 $s,c$ 夸克。

那麼夸克與電子這些現在普遍被認為是點粒子的東西有內部結構嗎？目前對此並無定論，但弦論的一個基本觀點是，自然界的基本單元不是電子、光子、中微子和夸克之類的點狀粒子，而是很小很小的線狀的「弦」（包括有端點的「開弦」和圈狀的「閉弦」或閉合弦）。弦的不同振動和運動就產生出各種不同的基本粒子。

再比如在量子場論中，當處理兩個兩個粒子的散射時，如果碰撞能量很小，那麼我們可以將其當做是兩個點狀粒子的散射，不需要引入「形狀因子」的修正。但如果能量高的話，也就是足以窺探到其內部自由度時，我們就要引入「形狀因子」了。比如高能電子和質子的散射，以及 $pi^0$ 介子的電磁形狀因子等。

相信隨著能標的提升，現在被當做是基本粒子的東西還會顯示出一定的內部結構的，個人觀點，大神勿噴。

不邀自來。不是沒人去研究這個問題。

第一，把基本粒子看作點狀粒子能夠使物理模型是最簡單的。這一點對於電子最為明顯。

第二，在我們目前的實驗觀察下，也沒有觀察到基本粒子有什麼結構，（至少在10^（-15）fm尺度下，電子是沒有看到結構的，我們認為它是點狀粒子），對於其它粒子，我們對它們還沒有了解全面；尤其量子色動力學中的夸克和膠子，我們都只是了解它們的某些性質。

第三，標準模型中的基本粒子，根本就不能用經典力學中的觀念去看。標準模型中的粒子實際上是有波粒二象性的。這是經典粒子所沒有的。

物理學家，總是喜歡以簡單的模型去解決複雜的問題，除了到了萬不得已的時候，才會修改模型。有結構的粒子模型，是比較難處理的，這是物理學家不願意看到的。另外，考慮基本粒子的結構也是沒有必要的。

因此，基於這些方面。我認為我們不會也沒有必要去討論基本粒子的形狀和體積。

當然，如果哪一天，我們在實驗上確實觀察到了基本粒子確實具有結構和體積；等那時候再想辦法。

順帶說一下，物理學家，永遠都是在解決最實際的問題的。物理學中，好的理論一般會滿足，自洽性，完備性，簡單性。

所以，還是覺得基本粒子的結構和體積在目前的認知範圍內是不必要的也是多餘的。

不對的地方，請指正。謝謝！

類似的問題可以是有沒有顏色？

實際上且不說這累問題不存在回答即便這種問題有了回答這些答案對我們宏觀世界的感官也是沒有任何實際意義的對於我們來說他們是什麼形狀什麼顏色沒有任何意義我們看不到也摸不到

如果基本粒子有形狀，那說明它還有內部結構。

基本粒子就是夸克，夸克是純能量的，它被希格斯場(2012年實驗證明其存在)固定在一起。由希格斯粒子構成的希格斯場，把夸克(即純能量)約束成有形狀，質量，體積。科學家發現夸克是像圓錐形狀的螺旋結構。

我的業餘感想：色即是空，空即是色。「色」代表現在世界的物質，「空」不是真正的空，我的理解是「空」是一種能量態，就像構成現在物質世界的夸克是純能量的。這句話表示「色」和「空」可以相互轉換，就像愛因斯坦的質能方程，物質和能量可相換，但是需要某種條件。

第一，形狀需要力來維持，我們現在所知的力有四類，但是在基本粒子尺度上，我們還沒有發現這樣的一種力存在。

第二，我們對形狀的感知需要通過視覺或者觸覺，從物理方法上來說，就是需要一種直接的「觀測」手段，但是我們在基本粒子尺度上沒有這種「觀測」手段。

第三，即使是在宏觀尺度上，形狀的物理意義也不是很大，通常也都是以質點來代替。

呃...如果成立的話弦理論是否能很好解釋基本粒子的形狀、體積之類的性質呢... （表示不太懂弦理論...只是覺得它描述的貌似挺適合的）

我覺得，形狀的確是沒有意義的啊，形狀只是人類和動物眼裡的感覺，如果你是另一種外星生物呢，可能都不用眼睛。直接使用超聲波感應，這個時候我們所謂的形狀，只是幾個強弱不同的光電罷了

所以，還是用數學特性表示好了。

主要的原因是大家不知道應該怎樣去研究，那些東西的尺度比我們現在的觀測能力所達尺度要小

所有我們跳過難的去搞簡單的

可以相對的去想像，比如原子和原子核大小的對比，我們可以認為原子是空的。

佛曰萬物皆空，不是沒有道理的。那麼既然是空的，基本粒子在運動中就可以被變成任何形狀！