認識微觀粒子

科技 06-19

我們的世界車水馬龍，深夜霓虹。你是否聽說過埃菲爾鐵塔，又是否聽說過東方明珠塔，然而今天我們會發現其實埃菲爾鐵塔就是東方明珠塔，因為連接它們的是一樣的微觀粒子。

而這眾多的基本粒子中，我把它們大致分為三類。

第一類：純單個粒子，中微子，電子，夸克。在這裡先科普下這幾種粒子

中微子又譯作微中子，是輕子的一種，是組成自然界的最基本的粒子之一，常用符號ν表示。中微子不帶電，自旋為1/2，質量非常輕(小於電子的百萬分之一)，以接近光速運動。

中微子個頭小，不帶電，可自由穿過地球，與其他物質的相互作用十分微弱，號稱宇宙間的"隱身人"。科學界從預言它的存在到發現它，用了20多年的時間。

2013年11月23日，科學家首次捕捉高能中微子，被稱為宇宙"隱身人"。他們利用埋在南極冰下的粒子探測器，首次捕捉到源自太陽系外的高能中微子。

而電子大家都很熟悉，所以在這裡也不多說，只是簡單的提一下。電子（Electron）是一種帶有負電的亞原子粒子，通常標記為 e- 。電子屬於輕子類，是第一代中文維基百科未有第一代頁面，可參考英語維基百科的對應頁面generation (particle physics)。輕子家族的成員，以引力、電磁力和弱核力與其它粒子相互作用。輕子是構成物質的基本粒子之一，即其無法被分解為更小的粒子。電子帶有1/2自旋，是一種費米子。電子與正子會因碰撞而互相湮滅，在這過程中，創生一對以上的伽瑪射線光子。

然後我們要了解一下夸克。夸克（英語：quark，又譯「層子」或「虧子」）是一種基本粒子，也是構成物質的基本單元。夸克互相結合，形成一種複合粒子，叫強子，強子中最穩定的是質子和中子，它們是構成原子核的單元。由於一種叫「夸克禁閉」的現象，夸克不能夠直接被觀測到，或是被分離出來；只能夠在強子裡面找到夸克。就是因為這個原因，我們對夸克的所知大都是來自對強子的觀測。

第二類：由兩個基本粒子合成的粒子，如π介子（在強子層次上，原子核或強子物質的是核子和介子。弄清這些強子的結構，並由基本原理出發研究它們的性質，是當代核物理的重要課題。在各種介子中，π介子是最輕且最重要的介子。關於自由空間中π介子的結構與性質、核介質內π介子的性質、π-核子相互作用與π-核相互作用等問題，始終受到相當多的關注。 π介子在核物理中的作用直接聯繫著手征對稱性，湯川秀樹關於π介子的最初概念已經大大發展了。有清楚的實驗證據表明，核內存在π介子的集體模式，這種集體模式與以前觀測到的所有核集體運動模式截然不同。），W、Z玻色子（W 玻色子是因弱核力的"弱"(Weak)字而命名的。而 Z 玻色子則半幽默地因是"最後一個要發現的粒子"而名。另一個說法是因 Z 玻色子有零(Zero)電荷而得名。

W 玻色子有兩種，分別有 +1(W+)和 ?1(W?)單位電荷。W+ 是 W? 的反粒子。而 Z 玻色子(Z0)則為電中性的，且為自身的反粒子。這三種粒子皆十分短命，其半衰期約為秒。

這些玻色子在各種基本粒子之中屬重型的一類。W 的質量為 80.4 GeV，而 Z 則為 91.2 GeV。它們差不多是質子質量的一百倍 -- 比鐵原子還要重。玻色子的質量是十分重要的，因其限制了弱核力的相用範圍。相對地，電磁力的相用範圍無限遠因為光子無質量。）。

第三類：由三個基本粒子合成的粒子，如：中子,質子（中子(Neutron)是組成原子核的核子之一。中子是組成原子核構成化學元素不可缺少的成分(注意:氫元素H不含中子)，雖然原子的化學性質是由核內的質子數目確定的，但是如果沒有中子，由於帶正電荷質子間的排斥力(質子帶正電，中子不帶電)，就不可能構成除氫之外的其他元素。），及其它強子。

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