自然单位制

正因为粒子运动的这些特点，在描写粒子的运动规律时，必不可免地经常遇到普朗克常数 h 和真空光速 c 的各种幂次。针对这种情况，高能物理学中常采用一种特殊的单位制，称为自然单位制。自然单位制中规定约化普朗克常数 h（即普朗克常数 h 被 2π除）、真空光速 c、玻耳兹曼常数 k 都等于1。这样在描写粒子的运动规律时，这些常数就自动地不再出现，所有的公式都大大地简化了。

在自然单位制中，只剩下一个独立的量纲，通常取能量做基本的量纲。物理量的量纲分析大大地简化了，许多物理量具有相同的量纲。例如：能量、动量、质量、温度、频率、波数的量纲相同；长度、寿命、磁矩、电矩的量纲相同，是能量量纲的倒数；速度、角动量、电荷都是无量纲量。

质子的质量是 m=1.6726231×10-27kg，也可以通过能量的单位 MeV 给出为 m=938.27231MeV。温度可以用能量的单位来描写，这时有换算关系为1eV=11，604.448K。太阳表面的温度约为 6，000K，这是在地面上罕见的高温，但是它还不到一个电子伏特，从粒子物理世界来看是极低的温度。太阳中心的温度约为 20，000，000K，即两千万开尔文，这是地面上只有在核爆炸时才能达到的极高温，它还只有 1.723keV，从粒子物理世界的尺度标准来看仍然是相当低的温度。在很高能量的粒子的碰撞中可以达到在直径为 1 费米的小体积范围内实现温度约为 140MeV，这相当于 1.625 万亿开尔文，比太

阳中心的温度约高八万一千多倍。

速度是无量纲物理量，自由粒子的速度沿无论任何方向的投影都只能取从-1 到+1 之间的值，以反映速度的大小不能超过真空光速。角动量也是无量纲量，任何粒子运动时的轨道角动量沿无论任何方向的投影都只能取整数值，而任何粒子自旋角动量沿无论任何方向的投影都只能取整数或整数加二分之一的值。由于电荷是无量纲量，精细结构常数也是无量纲量，它的值等于 1/137.036。