粒子物理學(xué)家可能看起來像一堆干巴巴的東西,但它們也有樂趣。例如:為什么會有“奇異夸克”這樣的東西?但當(dāng)涉及到基本的核力量時,它們并不會四處亂動:自然界中最強(qiáng)大的力量被簡單地稱為“強(qiáng)力”,而正是這種力量將宇宙維系在一起。 要找出強(qiáng)作用力是什么,我們需要對物理學(xué)家所謂的基本粒子有一個基本的了解。讓我們從一個原子開始例如氦。一個氦原子有兩個電子兩個中子和兩個質(zhì)子,它們共同組成原子核。對于大多數(shù)高中化學(xué)課來說,這是微小顆粒的終點(diǎn)。 但是我們可以把視角放得更遠(yuǎn):這些質(zhì)子和中子是由一種叫做夸克的粒子組成。夸克被稱為基本粒子,因?yàn)樗鼈儾荒鼙贿M(jìn)一步分裂。它們是小的粒子了。但自然界中卻存在兩種基本粒子,另一種是輕子。夸克和輕子各有六種“味”,每一種都有其對應(yīng)的反物質(zhì)。 到目前為止是什么力量將整個宇宙維系在一起還存在很多未解之謎,其中最重要的一個我們稱之為標(biāo)準(zhǔn)模型,是關(guān)于粒子物理的所有理論。這些部分是基本的力量。有兩種力量可能是我們熟悉的:引力以及電磁力,引力是有質(zhì)量的兩個粒子之間相互吸引的力,電磁是有電荷的兩個粒子之間相互吸引或排斥的力。另外兩種力被稱為核力,我們對它們并不是非常熟悉,因?yàn)樗鼈冎话l(fā)生在原子尺度上。它們被稱為弱力和強(qiáng)力。弱力在電子和中微子(另一種輕子)之間起作用,當(dāng)然,它是我們在這里要討論的強(qiáng)大的力。 是什么力量將夸克結(jié)合在一起,就像質(zhì)子和中子一樣形成了強(qiáng)子?物理學(xué)家首先構(gòu)想了這個力的存在,以解釋為什么一個原子的原子核可以有多個帶正電荷的質(zhì)子,并且它們?nèi)钥梢越Y(jié)合在一起。如果我們曾經(jīng)玩過磁鐵,我們就會知道正電荷總是會擊退另一個正電荷。最終,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),強(qiáng)大的力量不僅把質(zhì)子聚集在原子核中,而且還把夸克聚集在質(zhì)子本身。這個力實(shí)際上來自一種叫做玻色子的力載體粒子。(我們一定還記得2012年希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)吧?)施加這種強(qiáng)大力量的特殊玻色子被稱為“膠子”,因?yàn)樗言雍恕罢澈稀痹谝黄稹?/div> 這就是強(qiáng)大的力量迷人的地方:它不像電磁力,當(dāng)我們把兩個帶電粒子分開時這種強(qiáng)力會減小,以至于限制了兩個夸克的距離。一旦它們達(dá)到那個極限,那就是魔法發(fā)生的時候:它們分離所需的巨大能量被轉(zhuǎn)換成質(zhì)量,它遵循愛因斯坦著名的方程E=mc2,這就是宇宙中最強(qiáng)大的力量,這種力量足以將能量轉(zhuǎn)化為物質(zhì),也就是我們所知道構(gòu)成物質(zhì)的東西。 |
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