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物理学家眼中,世界上除了粒子,还是粒子

地球归根结底是由各种物质构成的,物质又是由千千万万的粒子构成的。今天我们就来和大家聊聊这些粒子。

从1896年电子的发现,一直到2012年上帝粒子的发现,人类花了116年的时间。一个多世纪的历程,两个改变物理进程的重大发现,都是基本粒子。那么,究竟什么是基本粒子?基本粒子又有哪些呢?

首先,电子是被人类发现的第一种基本粒子。1896年,英国物理学家汤姆森首先发现了阴极射线,而阴极射线就是由电子组成的。汤姆森还正确估计了电子的电荷以及质量——电子的质量大约是氢原子的两千分之一


而光子,有人说它是第二种被发现的基本粒子,也有人说它是第一种被发现的基本粒子,这就和光的历史有关了。1905年,爱因斯坦提出了光的粒子说,他认为存在着一种具体带有能量和动量的粒子,也就是光子


众所周知,行星、恒星,甚至恒星之外的尘埃和分子云,都是由基本元素所对应的原子构成的。原子是由原子核和电子构成的。原子核是由叫做核子的质子和中子构成的。质子和中子是由夸克构成的。

夸克就是我们说的第三种基本粒子。1964年,盖尔曼和茨威格预言了夸克的存在,到了1968年,美国斯坦福加速器验证了它的存在。盖尔曼和茨威格的理论很好地解释了质子的电荷和中子的中性电荷,也就是说,中子不带电荷,算是中性的。


还有一种叫做胶子的粒子,它则负责把不同的夸克连在一起,形成质子和中子。胶子又是怎么被发现的?具体种类有哪些呢?


第四种基本粒子——μ子,是美国物理学家安德森在1936年做实验时发现的。它的性质非常像电子,但是比电子重了大约200倍。由于μ子本身比电子重了200倍,它是不稳定的,会迅速衰变成电子和中微子,因此它基本上在我们身体里是不存在的。


科文和雷尼斯于1956年发现电子型中微子,而中微子也有很多不同种类。τ子型中微子与τ子的关系,以及μ子型中微子与μ子的关系,与电子型中微子又是否有类似之处呢?


τ子的性质与μ子十分接近,也是不稳定的,因此它和μ子一样对我们的世界几乎没有什么影响。τ子的发现,应当是在1974年到1977年期间。τ子比μ子更加重,因此也更加不稳定,会衰变为电子,或者μ子,甚至上夸克和下夸克。它可以说极不稳定,μ子在静止的时候还能存在两微秒,τ子在静止的时候只能存在十万亿分之一秒。


最后的一种基本粒子,就是上帝粒子。粒子物理学家在2012年发现了上帝粒子,他们利用的是欧洲大型强子对撞机。经过戏剧性的建设、启动和修复,这台机器在2012年7月终于发现了上帝粒子的存在。至此,物理学家发现了所谓粒子标准模型的全部粒子

 然而知道以上这些还远远不够,你虽然知道了基本粒子的种类和被发现的时间,但是你能回答文中所提出的问题吗?知道它们被人类发现的具体过程么?为什么夸克是基本粒子而由它组成的质子和中子只是粒子却不是基本粒子呢?粒子和基本粒子的区别到底是什么?以及它们各自的重大意义是什么?


今天晚上,“淼叔开脑洞”又要更新了,这期节目中,你不仅会了解到以上问题的答案,还会了解到更多关于粒子的秘密。如果你想满足自己的好奇心,知道别人不知道的,敬请收听今日的“淼叔开脑洞”。戳开原文,我们在等你。







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