关于你的粒子物理学

作者: Ali Sundermier

来源: symmetrymagazine.org

发布日期: 2017-01-18

本文详细介绍了宇宙的起源、构成人体的粒子及其来源、人体产生的放射性物质以及来自太空的粒子对人体的轰炸,说明了粒子物理学与人类生活的紧密联系。

140亿年前,我们的宇宙从一个极热和致密的点开始迅速膨胀。所有的物质和反物质都应该在那个时候相互湮灭,只留下能量。但是!有一部分物质存留了下来。这些“活”下来的粒子构建了我们现在可见的宇宙,包括恒星、星系和气体等等。经过漫长的演化,恒星不断的死亡和诞生,产生了许多构成生命必须的元素。可以说我们都是恒星的产物,天文学家近期通过绘制银河系生命元素的分布证明了这一点。

为了更清楚的了解我们与这些基本粒子之间的紧密联系,我们来看下面的一些事实。

图中显示了构成人体的四种常见元素:氢(Hydrogen)、碳(Carbon)、氮(Nitrogen)和氧(Oxygen)。这四种原子,各自带有不同的中子、质子和电子的数量。人体的质量有>97%都是由碳、氢、氮、氧、磷和硫组成的。

人体内的大部分细胞大约每7到15年都会更新一次,而组成这些细胞的粒子其实已经在宇宙间存在了数十亿年。我们身体的氢原子是在宇宙大爆炸时产生的;碳、氮和氧则是在燃烧的恒星中产生的;而体内最重的元素则是在恒星大爆炸中制造出来的。

人体之所以会产生辐射是因为摄入了大量的食物和酒水,吸入空气中的钾-40和碳-14会在身体内衰变并产生正电子,正电子会和电子湮灭往外辐射光子。

事实上,每个人都是一个小型的放射性粒子的矿厂。人体每年会制造40毫雷姆剂量的天然放射性物质。这个剂量大概是你做了四次的胸部X光的检查。我们之所以会辐射是因为我们摄入了大量的食物和酒水,甚至是从空气中吸入了钾-40和碳-14。它们会和身体内的分子结合,并最终衰变,在你体内产生辐射。

来自太空的宇宙射线,中微子和暗物质无时不刻的都在穿过我们的身体。首先要说的是宇宙射线,它们是来自外太空的高能粒子流,以接近光的速度进入地球的大气层。宇宙射线会与大气层里的其他原子核碰撞而并产生介子,这些介子也会衰变成µ介子和中微子。紧接着,这些粒子就会穿透大气层到达地球表面,并不断地穿透我们的身体。这些粒子每年会在我们的体内增加大约27毫雷姆的辐射剂量。

通过这些,相信读者都已经能够体会到基本粒子其实跟我们之间的联系是如此紧密,因此不要再生出“粒子物理学对生活并没有什么卵用,为什么要耗费大量资金去研究它?”这样的疑问。

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