我们所知道的最小粒子是什么?

释放双眼,带上耳机,听听看~!

当物理学家第一次将电子与质子碰撞时,他们观察到电子从质子内部的三个小硬核上反弹。核心当时被称为夸克。夸克是我们在科学努力中遇到的最小的粒子。夸克的发现意味着质子和中子不再是基本的东西。

为了更好地理解这一点,让我们剥离一块物质,并通过逐个去除每一层来发现其成分。

从鸟瞰的角度来看,物质看起来很僵硬,其特性易于测量。尽管如此,即使是一个6岁的孩子也可以推断出,他精心设计的沙堡的顽强支柱是数十亿个微观沙粒的总和。

下一个问题是…沙粒的构成是什么?

原子

剥去另一层,你会发现一个整齐有序的原子结构。原子的概念最初是由希腊人提出的,他们认为物体可以无限期地分成两半,直到你只剩下一个单一的、不可分割的物质粒子。这个微小的单位不能进一步分割,因此被称为”原子”,源自希腊语A-Tomos:A代表”不”,Tomos代表”可分裂”或裂变。

我们所知道的最小粒子是什么?

令人惊讶的是,这个理论并不顺利。大多数关于基本组成部分的文本在几个世纪后丢失并再次被发现。花了将近两千年的时间,原子才被公认为一个真正的物理基本物体。

推测最终在19世纪得到证实,当时化学家约翰·道尔顿(John Dalton)对气体进行了一系列复杂的实验:原子的平均直径约为50纳米厘米,是一粒沙子的百万分之一。原子是当时人类所知道的最小的东西。

亚原子颗粒

当然,直到1897年,J.J.汤姆森爵士才开始深入挖掘,发现了更基本的东西——电子!这是一个真正的革命性发现,电子技术的先驱们对此感激不尽。一个电子的”平均”直径原来是0.0000000000001厘米或比一粒沙子小20000亿倍。

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由于物体是电中性的,汤姆森提出了一个想法,即电子的负电荷必须被嵌入电子的一小团正电荷抵消。

这个想法在1911年被理所当然地驳回,当时卢瑟福用阿尔法射线轰击了一块薄薄的金箔,发现原子大多是空的,但含有集中的正中心电荷。他将这个中心称为原子核,并将带正电的粒子命名为质子。质子的”平均”直径被测量为比电子小三倍,但就质量而言,它重1837倍!

他还假设电子围绕原子核旋转,类似于太阳系行星模型。然而,在两个模型中,中心实体与坚持它的人之间的距离尺度表现出天文数字上的差异。

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但喜悦并没有持续太久。很快,化学家们发现了同位素——这些元素在化学上无法区分,但原子质量不同。似乎一对同位素含有相同数量的质子,但它们的总质量不同。

卢瑟福通过提出一种新的基本粒子来解释这一点,它比质子略重,但电中性,当詹姆斯·查德威克在1932年发现这种简洁的粒子 – 中子 – 时,他的猜测成为现实。中子和质子被证明是同样大和质量的 – 大约是电子大小的2000倍。

我们能把这个问题进一步分开吗?

我的意思是,0.00000000000001厘米不够小吗?!

井。。。。。差一点。

夸克

我们已经建立了漂亮的粒子加速器,以寻找比电子,质子和中子更基本的粒子。

我们所知道的最小粒子是什么?

(图片来源:Seeker / Youtube)

加速器以极快的速度撞击亚原子粒子,导致它们破碎成它们的成分。这类似于研究电视的内部机制,将其从20层建筑的顶部扔下并仔细检查其破碎的组件。

当物理学家第一次开始将电子与质子碰撞时,他们观察到电子从质子内部的三个小硬核反弹。核心被发现是构成质子的更小的粒子。这些基本粒子被称为夸克,夸克的发现意味着质子和中子不再是基本粒子。

我们已经写了一篇更详细和引人入胜的文章,专门讨论夸克的性质和行为。你可以在这里找到它。

但是,我们能更深入地挖掘吗?

不,我们不能。

基本粒子

夸克是我们在科学努力中通过沙粒遇到的最小的单位。夸克和电子,实际上,但是等等,为什么是电子?

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好吧,与它的同行不同,电子继续坚持是一个真正的基本粒子。它拒绝被进一步分解成更基本的部分。然而,如果电子和夸克是基数,而夸克存在于质子中,那么它的半径怎么会比质子大三倍?!

我们归因于亚原子粒子的半径源于某些假设。例如,当假设电子的质量能势被完全包含时,其半径大于质子的半径。计算电子半径的更好方法已被公认为利用质子/电子质量比。

使用这些比率,我们发现电子的半径比我们以前想象的要小十倍左右;十亿分之一厘米的十亿分之一或0.00000000000000001厘米。

我们所知道的最小粒子是什么?

出于这个原因,我用”平均”这个词来描述这些粒子的物理性质。半径是一个维度构造,与实际半径无关。

同样,我们在夸克上也没有任何运气。他们拒绝被孤立,即使他们被孤立,他们也不会持续太久。有些人只活到十亿分之一秒的十亿分之一!分离一对需要如此多的能量,以至于它最终被用来形成两个夸克,与原来的两个夸克结合!

我们所知道的最小粒子是什么?

不要对这里的能量感到震惊。这样想吧…你实际上是在试图撕开现实本身的结构。

为什么我们对”大小”的概念是错误的?

我们在这些问题中唤起的亚原子粒子的心理形象是完全错误的!”粒子”这个词通常类似于物理教科书中无处不在的微小的钢或台球图像。然而,它在如此微小的维度上的结构和行为与我们的日常经验完全不同。

在量子力学领域,形状的定义并不简单。它们的物理性质无法精确测量,它们存在于特定区域只能通过概率来定义。

我们所知道的最小粒子是什么?

尽管如此,科学家们已经能够进行一些聪明的研究来近似夸克的大小。最后,我能够发现它大约是十亿分之一厘米的十亿分之一,这与电子处于同一联盟中。

我们所知道的最小粒子是什么?

到目前为止,用于这些考虑的模型以惊人的准确性捕获了所有已知的东西。它被认为是任何领域中最准确的理论。

当然,就像科学中的任何其他假设一样,这个假设并不害怕在新的假设让路时被揉皱和丢弃。

只要有证据,科学家们不怕回到绘图板上。在这种情况下,发现一个粒子内部。

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