八一中文网

手机浏览器扫描二维码访问

第11章 基本粒子和自然的力1（第2页）

夸克这个字应发夸脱的音，但是最后的字母是k而不是t，通常和拉克（云雀）相押韵。

存在有几种不同类型的夸克——有六种“味”

，这些味我们分别称之为上、下、奇、粲、底和顶。

20世纪60年代起人们就知道前三种夸克，1974年才发现粲夸克，1977年和1995年分别发现底和顶夸克。

每种味都带有三种“色”

，即红、绿和蓝。

（必须强调，这些术语仅仅是标签：夸克比可见光的波长小得多，所以在通常意义下没有任何颜色。

这只不过是现代物理学家似乎更富有想像力地命名新粒子和新现象的方式而已——他们不再让自己受限制于希腊文！

）一个质子或中子由三个夸克组成，每个夸克各有一种颜色。

一个质子包含两个上夸克和一个下夸克；一个中子包含两个下夸克和一个上夸克。

我们可以创生由其他种类的夸克（奇、粲、底和顶）构成的粒子，但所有这些都具有大得多的质量，并非常快地衰变成质子和中子。

现在我们知道，不管是原子还是其中的质子和中子都不是不可分的。

问题在于什么是真正的基本粒子——构成世界万物的最基本的构件？由于光波波长比原子的尺度大得多，我们不能期望以通常的方法去“看”

一个原子的部分。

我们必须用某些波长短得多的东西。

正如我们在上一章所看到的，量子力学告诉我们，实际上所有粒子都是波，粒子的能量越高，则其对应的波的波长越短。

所以，我们能对这个问题给出的最好的回答，取决于我们装置中的粒子能量有多高，因为这决定了我们能看到的尺度有多小。

这些粒子的能量通常用叫做电子伏特的单位来测量。

（在汤姆孙的电子实验中，我们看到他用一个电场去加速电子，一个电子从一个伏特的电场所得到的能量即是一个电子伏特。

）19世纪，当人们知道如何去使用的粒子能量只是由化学反应——诸如燃烧——产生的几个电子伏特的低能量时，大家以为原子即是最小的单位。

在卢瑟福的实验中，α粒子具有几百万电子伏特的能量。

更晚的时代，我们获悉如何使用电磁场给粒子提供首先是几百万，然后是几十亿电子伏特的能量。

这样我们知道，30年之前以为是“基本”

的粒子，事实上是由更小的粒子组成。

如果我们利用更高的能量时，是否会发现这些粒子是由更小的粒子组成的呢？这一定是可能的。

但我们确实有一些理论上的原因，相信我们已经拥有，或者说接近拥有自然的终极构件的知识。

用上一章讨论的波粒二象性，包括光和引力的宇宙中的一切都能以粒子来描述。

这些粒子有一种称为自旋的性质。

考虑自旋的一个方法是将粒子想象成围绕着一个轴自转的小陀螺。

然而，这可能会引起误会，因为量子力学告诉我们，粒子并没有任何轮廓分明的轴。

粒子的自旋真正告诉我们的是，从不同的方向看粒子是什么样子的。

一个自旋为0的粒子像一个点：从任何方向看都一样。

另一方面，自旋为1的粒子像一个箭头：从不同方向看是不同的。

只有把它转过一整圈时，这粒子才显得一样。