“从电子到宇宙”或“从夸克到宇宙”的基本粒子(下)

基本粒子分为强子和轻子，强子是复合粒子，人们已知了自然基本粒子，不同的基本粒子可以组合或“堆积”在一起，以不同方式组构成大的复合粒子。重子是最重要的复合粒子，质子和中子由三个夸克组成，它们是重子一类的复合粒子。欧洲原子能研究中心 (CERN)建有世界上最大的粒子对撞机实验室，最大的“超级机器”能够碾碎作为复合粒子的质子，质子是强子的一种，这台超级对撞机因此被称为大型强子对撞机（ LHC）。

反物质是物质的对应物，还是根本不存在？根据物理学家目前掌握的前沿知识，所有的夸克和轻子都有作为反物质的“.双胞胎”粒子，除了携带相反的电荷，反物质粒子和物质粒子的其它性质都相同，例如：电子和它的正电子同伴的质量相同，唯一的不同是电子带有负电荷，而正电子带有正电荷。当物质粒子遇到反物质粒子的“双胞胎”时，正反物质在湮灭反应过程中将会喷发数量客观的纯能量，未来的人类也许可以利用反物质的能量。

物理学最大的神秘性之一是我们的宇宙几乎完全由物质构成，很多粒子物理学家一直在寻找这一谜题的答案。原子是复合体上的复合体，或者说原子结构经过了几个结构层次的复合，质子和中子是基本粒子的复合体，原子核则是质子和中子的复合体，原子是原子核和电子的复合体，基本粒子通过“复合的复合”组合为原子。古希腊哲学家德谟克利特闻到了烤面包的味道，其中没有所谓“幽灵物质”的作用。

最小的面包屑包含了大量由原子构成的分子，“面包屑分子”漂移到了空气中，闻到了面包分子味道的德谟克利特得到了简单唯物主义哲学的启示。德谟克利特将闻到的面包分子分解为原子，这些普通物质的原子仅由第一代基本粒子——上夸克和下夸克构成。上夸克和下夸克在强力作用下聚合为质子和中子，而质子和中子也通过强力作用聚合为原子核，原子核和电子在电磁力作用下组成了原子，电子沿原子核的轨道旋转，量子电动力学揭示了电子轨道运动的动力学机制。

希格斯粒子有“上帝粒子”的美称，人们也许注意到在粒子图表右侧的“孤独”粒子——希格斯玻色子，这种特别粒子的神奇之处是它给其它基本粒子带来了质量。以希格斯理论的观点看来，太空是一个无处不有的“希格斯场”，在太空穿行的粒子倾向于“一头栽进”这个场，好像人们“e网情深”地畅游信息世界的“互联网场”，人们不是互联网信息的发布者，就是互联网信息的接收者。

基本粒子通过和希格斯场的相互作用降低了运动的速度，好像人们在水中的移动比在空气中的移动更为困难一样，粒子和希格斯场的相互作用使得它们获得了基本的质量。光子和胶子之类的粒子不与希格斯场发生任何作用，光子和胶子因此没有质量。好像光子有传递电磁作用力的功能，希格斯粒子传递了希格斯场的作用。直到2013年，CERN的科学家才在大型对撞机的实验中证实了希格斯粒子的存在，然而，科学家仍在揭示它的特性，对希格斯理论的完全证实还在进行中。

如何解决“迷失的引力”问题？粒子物理学标准模型有一个最大的漏洞，缺失的引力是自然的4种基本力之一，科学家使出了“浑身解数”，还不能将引力“收编”到标准模型的体系之中。为什么目前的图框不能装入引力的“图画”？与其它的3种基本力相比，引力的微弱程度令人难以置信，比如：强力的强度是引力的10的38次方倍。有物理学家认为，引力可能通过某种类型的粒子传递作用，他们将这种粒子称之为引力子，但直到目前为止，没有找到这种粒子存在的任何证据。

中微子的质量也是个谜题，中微子与所有其它的粒子相比十分微小，对它们微小质量的解释一直让科学家煞费苦心，中微子取得质量的方式也许与其它粒子有所不同，但中微子从希格斯场取得质量的方式与其它粒子究竟有什么不同？此外，如何解释暗物质？在我们的可观测宇宙中，大部分物质由看不见的暗物质组成，它可能是一种新类型的物质，暗物质不与普通物质发生任何作用，暗物质粒子似乎从粒子物理标准模型中彻底消失了。标准模型的版本既有“迷失的引力”，也有“迷失的暗粒子”，无论标准模型多么完美，还是美中不足，从这个意义上讲，科学的发现历程好像美的发现历程。科学和美学的发现都是难的。

如何看待新潮的超对称理论？标准模型有暗物质粒子缺失的难题，有物理学家开始寻找各种扩展现有模型的方法，以弥补一些神秘缺失的缺陷，超对称理论的出现堵住了某些漏洞，按照这一理论的解释，每个粒子都有自己的粒子对或“双胞胎”，物理学家确实发现了很多粒子的反粒子，但有一些粒子的反粒子还没有找到。每一个粒子是否都有自己的反粒子？超对称理论的伟大预言等待着科学家的更多证实。某些奇异粒子与普通物质粒子发生了非常微弱的作用，它们可能是暗物质粒子的候选对象。世界各地的加速器实验室有时传来可疑粒子的消息，人们对基本粒子的搜索远未到到“鸣锣收兵”之时。

（编译：2016-5-12）

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