世界是由什么构成的?

作者: Feynman

来源: 原理

发布日期: 2015-12-10

本文详细介绍了构成世界的基本粒子,包括夸克、轻子及其反粒子,以及它们如何通过不同的方式运作和相互作用。文章还探讨了物质与反物质的性质和相互作用,以及夸克和轻子的分类和特性。

昨天我们聊了什么是最基本的问题,并简单的引进了标准模型。今天我们就仔细来说说我们的世界究竟是由哪些粒子构成的。夸克和轻子。我们现在知道,世间万物从星系、到山峰、再到分子都是由夸克和轻子构成的。但是,这并不是故事的全部。夸克和轻子以完全不同的方式运作,而且对于每一种粒子都有它们相应的反粒子。反物质的样子和行为看起来都和它们对应的物质相同,除了它们拥有相反的电荷。

比如,一个质子带有正电荷,但是反质子就带有负电荷。引力以相同的方式影响着物质和反物质因为引力并不带电荷性质,物质和反物质也拥有相同的质量。当物质和反物质相遇时,它们会湮灭变成能量。反物质的概念听起来相当奇怪,因为我们看到的宇宙万物都是由物质组成的。反物质好像是万物的破坏者,只要跟被它们接触就会发生湮灭。那么,到底什么是反物质,难道只是理论的产物?当然不是!

科学家通过气泡室就能拍摄到反物质留下的痕迹。夸克在日常生活中,我们看见的所有东西都是由质子和中子构成的,而它们又是由更小的夸克组成的。夸克总共有6种,但物理学家谈起6种夸克时都会把他们分成3对。质子和电子分别拥有整数的电荷,分别是+1和-1。而夸克有着非常不同的电荷,它们是分数的。夸克还带有另外一种不同的荷性质,称为色荷。夸克中最难捉摸的是顶夸克,在理论预言的20年后终于在1995年被发现。

强子、重子和介子。就像爱抱团的大象们,夸克也是群居的“物种”,它们从不单独出现。由夸克构成的粒子统称为强子。强子又分为两种:重子和介子。重子是由三个夸克组成的,质子和中子都属于重子。质子是由两个上夸克和一个下夸克组成的;而中子是由一个上夸克和两个下夸克组成的。介子则包含了一个夸克和一个反夸克。由于介子包含了正反夸克,因此它十分不稳定。轻子。现在来说说另一种基本粒子——轻子。

刚才我们说过夸克有六种,其实轻子也有六种,自然界就是这么巧夺天工。轻子的其中三种带有电荷而另外三种并没有。它们看起来像个点,并没有内部结构。最广为人知的轻子是电子,另外两种带电的轻子分别是μ子和τ粒子,跟电子有一样的性质,除了拥有更大的质量。不带电的轻子也就是今年诺贝尔物理学奖的主角——中微子,与其它三种轻子相应,分别有电中微子、μ中微子和τ中微子。

一开始,物理学家认为中微子没有质量,但是后来发现它们有非常小的质量。中微子神秘莫测,非常难探测到。

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