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科学普及

什么是基本粒子?

2017-09-08 10:54:30 作者:rrkp 来源:

人们常以“捡了芝麻,丢了西瓜”来比喻芝麻之小。可是,在物质的微观世界里,芝麻却简直大得无法比拟。芝麻由无数个细胞组成,细胞又由无数个分子组成,分子又由原子组成。


20世纪初,人们发现原子是由电子和原子核组成的。原子很小,原子核更是微乎其微。如果说,一个原子像一座10层高楼那样大的话,那么原子核只有一粒豆子那样小。而且,原子核还可以分成更小的“小不点儿”。


这些“小不点儿”都属于原子世界的“居民”,种类很多。起初,人们只发现了电子、光子、质子、中子四种。后来,又发现了正电子、中微子、介子、超子、变子等,统称为“基本粒子”。1972年,我国髙能物理研究所云南宇宙线观测站,在宇宙线中发现一种新的重质量荷电粒子。1974年秋,美籍华裔物理学家丁肇中教授为首的实验小组,发现一种新的重光子,命名为J粒子。在1979年,丁肇中再接再厉,又发现了一种新的重要的基本粒子——胶子。据统计,目前已发现的基本粒子近300种,而且还在不断发现之中。


在基本粒子的家族中,要算质子和中子比较大,它们的直径约为十万亿分之一厘米。别的基本粒子,就要小得多了。例如,1836个电子的总质量只相当于一个质子;而一个中微子或反中微子,只有一个电子质量的万分之一。有趣的是,光子的静止质量竟等于零。质量最大的是超子,超过质子质量的340倍,所以叫做“超子”。不过,超子的寿命很短,一般只能“活”一百亿分之一秒。介子的名称来源也很有趣,就是说它的质量是介于电子和质子间的基本粒子。介子的“兄弟”很多,有的带正电,有的带负电,有的不带电,它也有打进原子核,引起核反应的本领。


人们还发现,这些基本粒子,竟能互相变来变去。就拿电子和正电子來说,它俩长得一样大,质量也一样,带着同样多的电荷——只是电荷的正负相反。它俩遇在一起,可以变成两个光子。当反质子和质子相接近时,两者都会丧失电荷变成中性的反中子。1960年3月,我国物理学家王淦昌教授在第九届国际髙能物理学会议上,报告了他发现的新的基本粒子——反西格马负超子。这种负超子可以衰变成一个反中子和一个带正电的介子。这就是说,这些原子世界的小“居民”彼此间不是孤立静止的,而是相互联系、变化着的。


基本粒子,是不是物质世界最“基本”的微粒了呢?其实,真正的“基本”粒子是不存在的。物质是无限可分的,任何“基本”粒子都还可以一分为二。


现在,人们提出了许多关于基本粒子的理论。如我国科学工作者提出了层子模型、日本著名物理学家坂田昌一提出了“坂田模型”等。


尽管原子世界的“居民们”是那么微小,那么难以捉摸,然而高能物理工作者正在继续探索,努力揭开微观世界的种种奧秘。

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