我们刚刚在往期节目里讨论了钋和镭的可怕威力，现在是时候讨论一下他们这种“毒性”的来源了——衰变释放的高能α粒子。
虽然这种变化在宏观上就能轻易观测到，但是要了解其中的机制不但要钻进原子核，甚至要钻进一个核子当中，触及最近的50年，当代物理学的许多研究成果。
我们尽可能用动画将此复杂的历程表现出来，但这终究是一种比喻，那些有兴趣的观众，希望你们能积极地自我学习。
－文字稿－
汤姆逊在1897年发现了阴极射线，后来被命名为电子；约翰·贝克勒尔和居里夫妇在1896年到1902年之间明确了放射性衰变来自原子内部，这些都确认了原子并非不可分割。但直到1911年，卢瑟福才在阿尔法粒子散射实验之后提出了卢瑟福模型，即原子中的正电荷并不像以往设想的那样均匀分布在原子之中，而是集中在一个极小的中心区域中，也就是现在知道的原子核。
说起来非常奇怪，原子核的体积只占原子的几千亿分之一，质量却达到原子的99.95%以上——这当然不是一个简单的密度问题，我们在往期节目中讨论过质量的微观来源：原子核由中子和质子组成，中子不带电，但是质子带有正电荷。那么当质子彼此靠近的时候就会表现出极强的静电斥力，理应无法构成如此小的原子核才对。
为了解开这个秘密，我们的观察要比质子更加精细：根据目前的标准模型，中子和质子都由更小的夸克组成，其中质子由2个上夸克和1个下夸克组成，中子由1个上夸克和2个下夸克组成。
夸克是非常打破认知的东西：我们常说元电荷是不可分割的电荷单位量，但每个上夸克携带 2/3的元电荷，而下夸克携带-1/3的元电荷——这才使中子不带电，而质子带有1单位正电荷。
乍看起来，问题又回到了原点，夸克就算正电荷少一些，但它们距离更近，静电斥力更大，却牢不可破地聚合起来，以至于我们从未观测到游离的夸克——这是因为夸克不仅携带电荷，还携带了色荷，被比电磁力更强大的强核力约束着。
就像电荷分正负，物体在电磁力的作用下总倾向于电平衡，缔结成无电荷的整体；色荷分红绿蓝三种，夸克在强核力的作用下倾向于色平衡，缔结成无色荷的整体。而且强核力比电磁力强大得多，所以夸克们不得不先在更小的尺度上缔结成无色荷的整体，也就是中子和质子，再在大得多的尺度上构成无电荷的整体，也就是与电子结合成原子。
但这忽略了一些相当重要的细节：色平衡实际上主要负责将夸克禁闭在中子和质子内部，但中子和质子并无色荷，为何还能组成原子核呢？
同样类比在电磁力上：原子或分子虽然达到了电平衡，但静电分布并不平均，原子或分子因为极性互相吸引，构成坚固的晶体。
同样，中子和质子也不是均匀的实体，其中也存在着涨落的虚夸克，形成了转瞬及时的介子，这些介子将利用随机溢出的强核力将中子和质子粘住——也就形成了各种原子核。
而这就与我们的主题关系密切了。
介子提供的残余核力虽然比电磁力强，但只要超过了1飞米就会迅速衰减。而当核子数超过210，原子核的直径就会逼近这个上限，质子们蠢蠢欲动，开始随机逃逸。
钋210，镭226，就是因此具有了放射性，它们的原子核会随机抛出一个高能的α粒子，衰变成更小的原子核。
如果要理解为什么是α粒子，两个质子和两个中子组成的复合粒子，而少有直接扔掉一个质子或中子，那不妨回想我们曾在《汞为什么是液体？》中讨论过，基本粒子可以分为玻色字和费米子两类，它们具有不同的统计规律，也就是具有不同的分布方式。而当基本粒子组成复合粒子的时候，仍将分成费米子与玻色字两种类型：有奇数个核子的原子核就是费米子；有偶数个核子的原子核就是玻色子。
那么显然了，如果衰变抛出的是一个质子或中子，原子核就会在费米子与玻色子之间转变，这将导致整个原子核的状态改变，是一件大费周章的事情。而抛出一个α粒子，质子数与中子数各自减2，就总是能以最小的变动带来最大的稳定——这就是为什么重的放射性元素最倾向于α衰变。
α衰变释放的α粒子以5%的光速飞驰，能像炮弹一样炸毁有机物中的化学键，使蛋白质变性，DNA突变，给机体带来巨大的损伤，半衰期越短的α射线源，对人损伤越大，所幸α粒子太重，捕获电子之后就会成为无害的氦气，一张纸就能将它挡住。
相比之下，β射线就要铝箔才能挡住，而γ射线就要严格防御了——但那就是另外两个弱核力和电磁力的故事了。
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