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热点聚焦:什么是量子、原子、粒子?

时间:2022-11-05 06:46:56       来源:大可数学人生工作室

我们常常听到许多带“子”的概念,比如:分子、电子、光子、粒子、量子、原子等等。

其实,除了它们,带“子”的物理学概念还有很多,比如:介子、μ子、玻色子、费米子、τ子、中微子、希格斯玻色子等等。相信看到这里,你可能已经凌乱,好好地,为啥搞出这么多“X子”?


(资料图片仅供参考)

其实,上个世纪50年代,物理学家很可能和你的感受是一样的,他们大概也是非常蒙圈。为什么这么说呢?

这其实和科学家们发明的一个实验装置有关,这就是:粒子加速器。所谓粒子加速器,其实用的就是最简单粗暴的“撞”,来观测微观世界的情况,至于“撞”的对象其实也是微观粒子束,在仪器中加速到接近于光速的状态,然后让两束微观粒子束撞击,从而捕捉撞击后的情况。

在那个时代,全球许多国家都在想办法建设加速器,这也迎来了这个领域的高速发展,科学家们利用加速器就“撞”出了大大小小上百种微观粒子。这让物理学家们很是可恼,因为当时并没有理论可把这些微观粒子安排明白。

于是,科学家们利用量子力学和狭义相对论,以及前人的研究就搞出了一套标准模型,那这个该如何理解呢?

我们都知道,万物都是原子构成的,有的是由原子直接构成,有的是原子构成分子,分子在构成物质。那么原子再往下分该如何分呢?

其实,原子是由核外电子和原子核构成的,核外电子是不可再分的粒子,所以也被叫做:基本粒子。而原子核还能继续分,它是由质子和中子构成的,而质子和中子是被一种叫做“介子”的粒子作用在了一起,一起构成了原子核。

而质子、中子、介子其实也可以再分,他们都是由夸克构成的,夸克不可再分,因此,它也是基本粒子,而夸克其实是在胶子的作用下,结合成质子、种子的,而胶子也不可再分,它也是基本粒子。所以,我们不难发现,有一类基本粒子其实是占据了物质的体积,像是把物质切到最碎时的小肉块,它们被统称为:费米子,还有一类其实是扮演了“相互作用”的角色,像是胶水一样,把费米子粘合成物质,这就是:玻色子,胶子就是一类玻色子。而科学家还发现,在费米子中,还有μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子、电子中微子、而玻色子当中,还有光子、Z玻色子、W玻色子,还有赋予粒子质量的希格斯玻色子。

所以,其实就是这一套标准模型,其实已经把各种各样的粒子安排得明明白白,唯独缺了“量子”,那么问题来了,“量子”到底是什么?

其实,量子与其他粒子不同,它不是指的具体实物粒子,而是参与基本相互作用的任何物理实体(物理性质)的最小量,也就是最小的变化量,这是用来描述“变化”的,而不是具体某个实物

关键词: 基本粒子 科学家们 粒子加速器