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2、现代物理观点：
在微观领域，现代物理除了用对撞机及对宇宙高能射线观测外；沒太多的办法。理论大多是建立在猜测的基础上。现代物理充分发挥了“头痛医头”的局部科学观，发明了62种基本粒子。因为无法解释同性相斥的质子能聚合在原子核里；所以，发明了强子。强子就是所有参与强力作用的粒子的总称。它们由夸克组成，已发现的夸克有六种，它们是：顶夸克、上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克和底夸克。质子、中子、π介子等都属于强子。(另外还发现反物质，有著名的反夸克，由此推测，甚至可能存在反地球，反宇宙。晕啊！)。奇怪的是夸克中有些竟然比质子还重。夸克之父，盖尔曼1972年在第十六届国际高能物理会议上说：“理论上并不要求夸克在实验室中是真正可测的，在这一点上象磁单极子那样，它们可以在想象中存在。晕啊！”总之，斯坦福直线加速器中心的电子非弹性散射实验显示了夸克的点状行为，它是量子色动力学的实验基础。 轻子就是只参与弱力、电磁力和引力作用，而不参与强相互作用的粒子的总称。轻子共有六种，包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子。电子、μ子和τ子是带电的，所有的中微子都不带电，且所有的中微子都存在反粒子；τ子是1975年发现的重要粒子，不参与强作用，属于轻子，但是它的质量很重，是电子的3600倍，质子的1.8倍，因此又叫重轻子。 传播子也属于基本粒子。传递强作用的胶子共有8种，1979年在三喷注现象中被间接发现，它们可以组成胶子球，但至今尚未被直接观测到。传递弱作用的W+，W-和Z0。中间玻色子是1983年发现的，非常重，是质子的80一90倍。 现有的粒子质量范围很大，从0到90吉电子伏。光量子、胶子是无质量的，电子质量很小，只有0.5兆电子伏，π介子质量为电子质量的280倍；质子、中子都很重，接近电子质量的2000倍，约为1吉电子伏，已知最重的粒子是Z0，其质量为90吉电子伏。己发现的五种夸克，从下夸克到底夸克，质量从轻到重。下夸克质量只有0.3吉电子伏，而底夸克重达5吉电子伏，顶夸克还没有发现，理论预言它的质量可能超过100吉电子伏。中微子的质量非常小，目前己测得的电子中微子的质量小于7电子伏，即为电子质量的七万分之一。 绝大多数的粒子是不稳定的，即可以衰变。一个自由的中子会衰变成一个质子、一个电子和一个中微子； 一个π介子衰变成一个μ子和一个中微子。粒子的寿命以强度衰减到一半的时间来定义。质子是最稳定的粒子，实验已测得的质子寿命大于10的33次方年。 粒子具有对称性，有一个粒子，必存在一个反粒子。一对正、反粒子相碰可以湮灭，变成携带能量的光量子，即粒子质量转变为能量；反之，两个高能粒子碰撞时有可能产生一对新的正、反粒子，即能量也可以转变成具有质量的粒子。晕、现代物理将能量与质量的概念搞得一塌糊涂。 根据强子结构的夸克模型，重子是由三个夸克构成的，如质子p（uud）、中子n（udd）、Ω－（sss）、Δ－（uuu）等，而介子是由正反两种夸克构成的，如π＋（u）、π－（d）等，由夸克的各种量子数可推算出强子对应的量子数，也就是上一层次的性质由下一层次粒子的性质决定的。夸克都处于基态时，三个相同的夸克处于相同的状态，这违背了泡利不相容原理。为解决这个矛盾，1964年格林伯格为夸克引入了一个新的量子数——色量子数（引进三基色，晕啊！），以表示同味夸克还有不同的种类，称之为“色荷”。他根据SU（3）群论，指定夸克有三色：红（R）、黄（Y）、绿（G），如记作ur、uy、ug．这样由带不同色荷的同味夸克构成的粒子就不违反泡利不相容原理．夸克确定具有“色”的第一个证据是在π0介子衰变了两个光为的过程中找到的。 标准模型告诉我们，组成自然界万事万物的基本粒子是夸克和轻子。夸克构成了中子、质子和所有的原子核。它有六味三色；轻子有带电的和不带电的，带电的轻子是电子e、u子和τ重轻子，不带电的有电子中微子νe，μ子中微子νμ和τ中微子ντ，而且夸克和轻子都是成对的，即有三对夸克和三对轻子；一般称三代。 这个模型是用规范对称性建立的，根据这个对称性，有些基本粒子本身不能有质量，否则整个模型就不能统一。 但实验结果却又清楚表明，除了“光量子”以外的基本粒子都是有质量的。为什么宇宙既是由有质量的粒子组成的，同时又美妙地保持着对称？ 希格斯假设，基本粒子本没有质量，基本粒子是因为和希格斯玻色子发生相互作用所以才有了质量，因此可以说希格斯玻色子是物质的质量之源。根据对希格斯粒子性质的预言，希格斯粒子的自旋为零，是一种玻色子，所以又称为希格斯玻色子。这种解释使得标准模型得以自圆其说。通俗地理解是这样：空间中充满着希格斯玻色子，当加速基本粒子时，容易碰撞希格斯玻色子者就较难加速（质量较大），碰撞几率较低者即容易加速（质量较小）。由此可以说，物质本身无所谓质量，质量是物质与希格斯玻色子的相互作用。 除了光量子，其他的基本粒子与希格斯粒子发生碰撞后，就如同轻巧的棉花吸饱了水分一般，获得了质量，而速度就慢下来了。慢下来的基本粒子“夸克”在强相互作用下，抱团组成了质子、中子等粒子，质子和中子又组成了原子核，原子核与电子在电磁力作用下又形成了原子，原子构成分子，由此形成了我们所见到的大千世界。 如果没有希格斯粒子，其他的基本粒子就会仍然以光速运行，不能聚合在一起，我们的宇宙将仍然是一锅沸腾的基本粒子汤，根本不能组成物质，生命也无从谈起。 粒子物理学家们描述了这样一幅场景： 无尽的从前，各类粒子都没有质量，可以以光速穿梭于宇宙中，自由自在，无所羁绊，而137亿年前的宇宙大爆炸改变了这一切。在大爆炸发生后的十多秒后，产生了由希格斯玻色子组成的希格斯场。希格斯场使各种粒子（除光子外）得到质量，或轻（轻子）或重（夸克）。这些获得质量的基本粒子构成了物质，恒星和行星都得以诞生，最终孕育生命。 科学家认为，构成宇宙万物的基本“材料”包括夸克（如质子、中子、介子等）家族和轻子（电子、μ子、τ子、中微子等），统称为费米子。费米子自旋为半整数，受“泡利不相容原理”约束，相互“排斥”，让自然物质世界不会“挤在一起垮塌”。 另外，还有一类粒子，叫做玻色子。它们的自旋是整数的，不受“泡利不相容原理”约束，能发生“玻色-爱因斯坦凝聚”。玻色子能够传递各种相互作用“力”，使基本粒子相互“吸引”，令物质世界不至于“散架”。 在玻色子中，希格斯玻色子无疑最重要且最神秘。它是产生质量的奥秘之源。电子、夸克等其他粒子都是在希格斯玻色子构成的场中，受其作用而产生惯性，最终有了质量。毫无疑问，它是“标准模型”中最璀璨的明珠，地位高高在上；然而，如果它无法被证实，那么也可轻而易举地将“标准模型”付之一炬。。。。。 包括希格斯玻色子在内的很多粒子极易衰变且存在时间极短，这种粒子一旦产生就转瞬即逝，在10亿分之一秒之后，它会通过不同渠道，衰变成光量子和轻子等其他粒子。根本无法被观测到，物理学界只好利用最后观测到的光量子等其他粒子来反推。小质量的希格斯玻色子衰变后很少成为Z玻色子，而是变成更常见的衰变物，更容易混进背景。从统计学上说，发现希格斯玻色子存在证据的几率只有一百万分之一。 标准模型只能解释4%的宇宙，占宇宙质量96%的暗物质与暗能量仍然没有得到解释，希格斯玻色子可能会参与形成暗物质? 随着物理学的进展，在发现了正电子和中微子后。同一时期μ介子和π介子相继被发现，并陆续发现了一批共振态“奇异”粒子。随着高能加速器的能量不断提高，上百种短寿命的粒子，连同这些粒子的反粒子，数目和品种之多达到了惊人的地步。各类粒子的性质差别如此之大，使人们愈来愈体会到物质层次的复杂性了。在这许多粒子中一些是很稳定的，例如电子、质子几乎没有衰变现象。而大部分基本粒子从它们的衰变产物上看，似乎很像同一种粒子所组成的粒子团，但是从它们的运动特征上看却又都截然不同。所谓μ子以及质量巨大的τ子，它们除了质量更大且会衰变，其它性质与电子一模一样！晕啊！大自然为何需要不同类型的“电子”呢？更稀奇的是，通过分析云室中那些奇特的V型轨迹和K型轨迹，人们还发现宇宙射线中也存在大量与质子、中子性质相近的所谓【奇异子】！晕啊！大自然为何需要不同类型的“质子或中子”呢？基本粒子的结构问题一直困扰着理论物理学界。近年来，解释基本粒子内部结构的层子或夸克模型虽然在某些方面非常成功，但是，经过大量的探索却一直没有得到实验上确切的证明。用一个希格斯玻色子就解释了质量的起源，这听上去“很划算”，但大自然很可能不是这样的。 |