酷酷的宇宙粒子家族

释放双眼,带上耳机,听听看~!

酷酷的宇宙粒子家族

 

Credit: CERN

在物理学的世界里,有着诸如中子、光子之类的粒子,当然,还有其他超越想象的粒子,它们有着不同的性质和大小,许多有着梦幻般的名字,比如sparticles(超对称粒子)和neutrolinos(中性粒子)。那么今天APC君就来带领大家观赏一下那些“不可描述”的超酷粒子。

 

1.

Higgs boson:上帝粒子

Credit: CERN

希格斯玻色子(Higgs boson)是一种对科学非常重要的粒子,被称为“上帝粒子”(God particle),它被认为是给所有其他粒子提供质量的粒子。1964年,当时的科学家们很疑惑为什么有些粒子比其他粒子质量更大,而质量是怎么来的?彼得·希格斯(P.W.Higgs)由此提出了希格斯机制。希格斯玻色子与所谓的希格斯场相关联,希格斯机制假定宇宙遍布着希格斯场,这两种物质(场和玻色子,或粒子)被认为是产生其他粒子质量的原因。许多科学家希望希格斯玻色子机制能够填补这一缺失的谜团,完成现有的描述已知粒子的物理学“标准模型”,2013年3月14日,欧洲核子研究组织公开确认发现希格斯玻色子,这个发现强烈支持某种希格斯场弥漫于空间。当今,LHC(大型强子对撞机)仍旧在如火如荼地搜集数据,试图明白希格斯场的性质。

 

2.

Quark:夸克

Credit: CERN

夸克(quark)是由默里·盖尔曼和G.茨威格提出的一种参与强相互作用的基本粒子,也是构成物质的基本单元,例如质子和中子就是可爱的由夸克组成的粒子。它从不孤单,只存在于群体中。夸克一词是盖尔曼取自詹姆斯·乔伊斯的小说《芬尼根的守灵夜》的词句:向麦克老人三呼夸克(Three quarks for Muster Mark)。显然,将夸克结合在一起的力随着距离的增加而增加,所以试图撬开一个单独夸克的距离越远,它就越难被撬开。因此,自由夸克从不存在于自然界中。目前,我们已知的夸克有六种。夸克的种类被称为“味”,它们是上(u)、下(d)、奇(s)、粲(c)、底(b)及顶(t)。例如,质子和中子都是由三个夸克组成的,其中质子包含两个上夸克和一个下夸克,而中子则有两个下夸克和一个上夸克。上及下夸克的质量是所有夸克中最低的,因为较重的夸克会通过一个叫粒子衰变的过程,来迅速地变成上或下夸克。所以奇、粲、顶及底夸克只能经由高能粒子的碰撞产生(例如宇宙射线及粒子加速器)并很快衰变。

 

3.

Sparticle:超对称粒子

Credit: Fermilab

Sparticle是“超对称粒子”的缩写,它是由超对称理论预测的,该理论假定,对于我们所知道的每一个粒子,都有一个我们尚未发现的姊妹粒子,即每种费米子都应有一种玻色子“拍档”(费米子的超对称粒子),反之亦然。电子的超级伙伴是超电子(selectron),夸克的伙伴是超夸克(squark),光子的伙伴是光微子(photino)。那么为什么我们现在不在宇宙中观察这些粒子呢?因为科学家们认为它们比正常的姐妹粒子重得多,一个粒子越重,它的寿命就越短。从本质上讲,它一制造出来就会迅速消失。创建这种粒子需要极高的能量,这种能量只在大爆炸后不久才存在,或许可以在大型粒子加速器(如大型强子对撞机(LHC))中创建。至于为什么sparticle如此之重,物理学家推测在宇宙的某些隐秘区域可能已经破坏了对称性,我们无法看到或触摸只能感受到其相互作用。

 

4.

Neutrinos:中微子

Credit: NASA/SDO/GSFC

它们是质量极小的亚原子粒子,以接近光速运动。事实上,任何时候都有数万亿个中微子穿过你的身体,尽管它们很少与正常物质发生作用。一些中微子来自太阳,而另一些则来自宇宙射线,中微子的反物质伙伴被称为geoneutrino,就像其他反物质的相互作用一样,当两者相遇时,它们就会湮灭。

 

5.

Antimatter:反物质

Credit: NASA Goddard Space Flight Center

反物质是正常物质的反状态。当正反物质相遇时,双方就会相互湮灭抵消,发生爆炸并产生巨大能量(E=mc²)。能量释放率要远高于氢弹爆炸。科学家们认为,所有正常粒子都有其反物质粒子,它们的质量相同,但电性相反。例如正电子、负质子都是反粒子,它们跟通常所说的电子、质子相比较,电量相等但电性相反。

 

6.

Gravitons:引力子

Credit: NASA

引力子,又称重力子,在量子引力理论中,引力子是一种假想的可以传递引力的假想粒子,是一种基本粒子。在量子力学领域,所有的基本力都是由粒子携带的。例如,光由称为光子的无质量粒子组成,这些粒子可携带电磁力。于是科学家们就假想出引力相互作用是由可以携带引力的引力子介导的。但是到现在科学家们还没有探测到引力子,这是很难发现的,用任何物理上合理的探测器都不可能明确地探测到个别的引力子,例如一个拥有木星质量,效率为100%的探测器,放置在中子星周围的近轨道上,即使在最有利的条件下,预计每10年也只能观测到一个引力子,因为它们与物质的相互作用极其微弱。

好啦~以上就是APC君今天带给大家关于酷酷的粒子科普,你最喜欢哪个粒子小可爱呢?有没有感觉世界之大无奇不有呢?要想知道所有问题的答案,就自己努力去寻找吧!


参考来源及资料:

1、https://www.livescience.com/13593-exotic-particles-sparticles-antimatter-god-particle.html

2、维基百科(https://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page):Higgs boson、quark、superpartner、Neutrinos、Antimatter、Gravitons

3、百度百科(https://baike.baidu.com)及

搜狗百科(https://baike.sogou.com):希格斯玻色子、夸克、超对称粒子、中微子、反物质、引力子


校对/责任编辑:一毫秒的永恒

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2 条回复 A文章作者 M管理员
  1. 小A君科普

    哇偶。这个很科普,感谢作者

    • 小A君科普

      (●’◡’●)感谢支持,之后会继续产出更多好文章

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