[科普中國]-什么是基本粒子？

人們常以“撿了芝麻，丟了西瓜”來比喻芝麻之小。可是，在物質(zhì)的微觀世界里，芝麻卻簡直大得無法比擬。芝麻由無數(shù)個細胞組成，細胞又由無數(shù)個分子組成，分子又由原子組成。

20世紀初，人們發(fā)現(xiàn)原子是由電子和原子核組成的。原子很小，原子核更是微乎其微。如果說，一個原子像一座10層高樓那樣大的話，那么原子核只有一粒豆子那樣小。而且，原子核還可以分成更小的“小不點兒”。

這些“小不點兒”都屬于原子世界的“居民”，種類很多。起初，人們只發(fā)現(xiàn)了電子、光子、質(zhì)子、中子四種。后來，又發(fā)現(xiàn)了正電子、中微子、介子、超子、變子等，統(tǒng)稱為“基本粒子”。1972年，我國髙能物理研究所云南宇宙線觀測站，在宇宙線中發(fā)現(xiàn)一種新的重質(zhì)量荷電粒子。1974年秋，美籍華裔物理學家丁肇中教授為首的實驗小組，發(fā)現(xiàn)一種新的重光子，命名為J粒子。在1979年，丁肇中再接再厲，又發(fā)現(xiàn)了一種新的重要的基本粒子——膠子。據(jù)統(tǒng)計，目前已發(fā)現(xiàn)的基本粒子近300種，而且還在不斷發(fā)現(xiàn)之中。

在基本粒子的家族中，要算質(zhì)子和中子比較大，它們的直徑約為十萬億分之一厘米。別的基本粒子，就要小得多了。例如，1836個電子的總質(zhì)量只相當于一個質(zhì)子；而一個中微子或反中微子，只有一個電子質(zhì)量的萬分之一。有趣的是，光子的靜止質(zhì)量竟等于零。質(zhì)量最大的是超子，超過質(zhì)子質(zhì)量的340倍，所以叫做“超子”。不過，超子的壽命很短，一般只能“活”一百億分之一秒。介子的名稱來源也很有趣，就是說它的質(zhì)量是介于電子和質(zhì)子間的基本粒子。介子的“兄弟”很多，有的帶正電，有的帶負電，有的不帶電，它也有打進原子核，引起核反應的本領。

人們還發(fā)現(xiàn)，這些基本粒子，竟能互相變來變?nèi)?。就拿電子和正電子來說，它倆長得一樣大，質(zhì)量也一樣，帶著同樣多的電荷——只是電荷的正負相反。它倆遇在一起，可以變成兩個光子。當反質(zhì)子和質(zhì)子相接近時，兩者都會喪失電荷變成中性的反中子。1960年3月，我國物理學家王淦昌教授在第九屆國際髙能物理學會議上，報告了他發(fā)現(xiàn)的新的基本粒子——反西格馬負超子。這種負超子可以衰變成一個反中子和一個帶正電的介子。這就是說，這些原子世界的小“居民”彼此間不是孤立靜止的，而是相互聯(lián)系、變化著的。

基本粒子，是不是物質(zhì)世界最“基本”的微粒了呢？其實，真正的“基本”粒子是不存在的。物質(zhì)是無限可分的，任何“基本”粒子都還可以一分為二。

現(xiàn)在，人們提出了許多關于基本粒子的理論。如我國科學工作者提出了層子模型、日本著名物理學家坂田昌一提出了“坂田模型”等。

盡管原子世界的“居民們”是那么微小，那么難以捉摸，然而高能物理工作者正在繼續(xù)探索，努力揭開微觀世界的種種奧秘。