粒子物理学家们研究的东西你可能会觉得无聊,但粒子物理也是有乐趣的。比如:为什么会有“奇异夸克”这样的东西呢?但当涉及到基本的核力时,它们并不会四处乱动:自然界中最强大的力量被简单地称为“强力”,而正是这种力量将物质联系在一起。
要找出强作用力是什么,我们需要对物理学家所谓的基本粒子有一个基本的了解。让我们从一个原子开始讲,例如氦。一个氦原子有两个电子围绕着两个中子和两个质子,由它们组成原子核。对于大多数高中化学课来说,这是微小颗粒的终点。但是我们可以把原子核继续往下分:原子核中的质子和中子是一类叫做强子的粒子组成的,而它是由更小的粒子称为夸克组成的。夸克是一种基本粒子,因为它们不能再分裂了。强子其基本粒子有两种:一种是夸克而另一种是轻子。夸克和轻子各有六种“味道”,每一种都有一个反物质。
在粒子物理学中,我们有四种模型称之为标准模型,这是所有理论的基础。有两种模型我们可能都熟悉: 重力是有质量的两个粒子间的力,电磁力是带电荷的两个粒子间的力。另外两个被称为核力,我们可能不太熟悉,因为它们只发生在原子尺度上。
而核力可以分为弱力和强力。弱力是电子和中微子 (另一种轻子)之间的力。而强相互作用力是将夸克像质子和中子那样被束缚在原子核中的力。
如果我们玩过用磁铁,我们就会知道一个正电荷总是相互排斥另一个与其带相同性质的电荷。受此启发,科学家们发现了强相互作用力,强相互作用力实际上是来自于一种被称为玻色子的载体粒子。(我们肯定记得2012年发现的希格斯玻色子)黏贴特定的玻色子之间的粒子,被称为'胶子',强相互作用力是如此迷人:与电磁力不同的是,它蕴含的能量是如此强烈,它限制了两个夸克之间的距离。一旦他们的距离达到了极限,就会产生惊人的能量,这是继爱因斯坦著名的方程 E = mc2之后,我们人类已知的最大能量。
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