我们所知的最小的粒子是什么？物理学家的回复让人不测

当物理学家第一次使电子与质子碰撞时，他们察看到电子被质子内里的三个小硬核反弹。这些核后被称为为夸克，人们发觉它是构成质子的更小的粒子。夸克是我们在封建研讨中碰到的最小的粒子。夸克的发觉意味着质子和中子不再是最基本的粒子。

为了深化了解，我们来分析物质的每一层，来探求它的构成。

俯瞰之下，物质看起来是精密不因素的，它的实质很容易被丈量。但是，即使是一个6岁的孩子也能推断出，他经心计划的沙堡是由数十亿粒弱小的沙粒搭建而成的。那么，下一个成绩，沙粒又是由什么构成的?

原子

剥去一层，你会发觉原子的布局很划一。原子的看法最初是由希腊人提出的，他们以为物体可以被无穷地一分为二，直到剩下一个单独的、不成支解的颗粒。这个弱小到不可思议的单位不克不及再支解了，因此被称为“原子”，源于希腊语A-tomos。A代表“不”，tomos代表“可缩减的”或“可拆分的”。

令人惊奇的是，这一实际并不告捷。大大多关于基本因素的文献在几个世纪后都丧失了，并被重新找到。约莫两千年后，原子才被确以为一个真正的基本物理目标。

图解：道尔顿《化学哲学新体系》一书中形貌的种种原子和分子。1808年

直到19世纪，化学家约翰·道尔顿对气体举行了一系列奇妙的实行，这一推测终极取得了证实。原子的均匀直径约为50纳米，即一粒沙子的百万分之一。当时原子是人类所知的最小的粒子。

亚原子粒子

固然，直到1897年，J.J.汤姆森爵士深化发掘，发觉了更基本的东西——电子!这是一个反动性的发觉，电子武艺开发者们对此感激涕零。一个电子的“均匀”直径是0.0000000000001厘米，比一粒沙子小2000亿倍。

图解：氦原子（表现图） 两个质子（赤色），两此中子（绿色）和两个电子（黄色）。

由于原子是电中性的，汤姆森计划出电子的负电荷必需被嵌入此中的一小块正电荷所抵消。这就是出名的“葡萄干布丁”模子。

1911年，当卢瑟福用阿尔法射线轰击一片薄薄的金箔，发觉原子大多是空的，但却含有一个会合的正电荷时，这个想法被准确地采纳了。他把这此中央称为原子核，并把带正电荷的粒子定名为质子。据丈量，质子的“均匀”直径比电子的“均匀”直径小三倍，但就质量而言，它重1837倍!

图解：右半部为基本粒子,左半部为复合粒子。介子属于玻色子,强子属于费米子。

他还假定电子围绕原子核旋转，相似于太阳系的行星模子。但是，在这两个模子中，中央实体和依托中央实体之间的距离标准体现出天文上的差别。

但是庆祝并没有持续太久。不久，化学家们发觉了同位素——一种化学上难以区分但原子质量不同的元素。一对同位素仿佛含有相反数目标质子，但它们的总质量仍旧存在差别。

图解: 电弧焊工人需穿着防护器具，以避免遭火花损伤，火花为焊接外表被加热而飞出的金属粒子。

卢瑟福对此有所看法，他以为存在一种新的基本粒子，比质子略重，但呈电中性。1932年，詹姆斯?查德威克发觉了这种基本粒子——中子。中子和质子的轻重和质量相反——约莫是电子质量的2000倍。

我们能把物质进一步分散吗?岂非0.00000000000001厘米还不够小吗?!固然，这并不敷够小。

夸克

为了寻觅比电子、质子和中子更弱小的粒子，我们制作了粒子增速器。

图解:天下上最大的粒子增速器内的粒子碰撞

增速器以极高的速率破坏亚原子粒子，使它们破坏。这相似于研讨一台电视机的内里布局，把它从20层楼高的楼顶扔下去，然后仔细反省决裂的部件。

当物理学家们第一次开头将电子与质子碰撞时，他们察看到电子被质子内里的三个小硬核反弹。封建家发觉，这些硬核是构成质子的更小的粒子。这些基本粒子被称为夸克，夸克的发觉意味着质子和中子不再是基本粒子。我们以前写了一篇更具体、更引人入胜的文章，专门讨论夸克的实质和举动。你可以在这里找到。

但是假如我们进一步深挖呢？

原子的基本微粒

不,我们不克不及再小了。夸克是我们用沙粒举行封建探究时碰到的最小的实体。实践上，是夸克和电子，等等，为什么是电子?

与其他粒子不同的是，电子仍旧刚强地以为本人是一个真正的基本粒子。它回绝被进一步分析成更基本的局部。但是，假如电子和夸克是基本粒子，夸克又存在于质子中，那么它的半径怎样会比质子的半径大三倍呢?

我们基于某些假定来丈量亚原子粒子的半径。比如，当一个电子的质能势被假定完全包含时，它的半径就会比质子的半径大。经过质子/电子质量比，我们可以较准确地盘算电子半径。

图解：物理学的标准模子所涵盖的基本粒子。前三列是费米子，上下又可分为夸克和轻子。第四列是标准玻色子。第五列则是希格斯玻色子。

使用这些比值，我们发觉一个电子的半径比我们之前以为的要小十倍支配;十亿分之一的十亿分之一厘米大概0.00000000000000001厘米。

这便是为什么我用“均匀”这个词来形貌这些粒子的物理实质。半径是一个维度布局，与实践半径不关。

相反的，关于夸克，我们也没有历程。他们回绝被分散，即使被分散，也不会持续太久。分散持续的时间仅有十亿分之一秒!分散一对夸克必要云云多的能量，致使于它终极被用来构成两个夸克。

不要被这里的能量吓到。如此想……你实践上是在试图扯破实际的实质。

为什么我们关于“尺寸”的看法是错误的？

当我们问这些成绩时，脑海中显现的亚原子粒子的图像但是是错误的!“粒子”这个词常常让人遐想到物理教科书中无处不在的弱小钢球或台球图像。但是，它们在云云弱小的维度上的布局和活动，与平常履历判然不同。

它们的物理实质无法准确丈量，它们在特定地区的存在只能由概率来界说。

只管云云，封建家们照旧想法举行了一些夺目的研讨，以接近夸克的轻重。我能找到的最新的近似值是十亿分之一厘米的十亿分之一厘米，和电子在同一个级别。

在这一点上，我们必需熟悉到，作为粒子物理学皇冠上的宝石，标准模子并不是用亚原子粒子的轻重或质量来形貌它们，而是用它们的能量来形貌。质子或中子没有安稳的外形或体积——它的体积是由其组分所处的空间决定的。

夸克，电子或任何其他亚原子粒子都是会合的能量;它们没有特定的排序，而基本粒子，如夸克和电子，则被以为是点状的。它们没有维度，被以为是空间中的一个没有维度的点。把它们当作点只是一种有效的简化，由于没有相反的证据。

基于这些思索的模子以惊人的准确性，告捷地获取了迄今为止一切已知的信息。它被以为是任何范畴中最准确的实际。固然，这一假定，就像封建上的任何假定一样，并不恐惧在新的假定显现时被推翻和丢弃。只需有证据，封建家们并不担心会再次回到出发点。在这种情况下，一个粒子的内里探究。

参考材料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. sciabc-探秘最小微粒

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