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    微观粒子究竟是什么东西?或许是最通俗的解释!

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      🌾袁隆平

      粒子是人们认知的构成物质的最小或/及最基本的单位,是组成各种各样物体的基础。即:在不改变物质属性的前提下的最小体积物质。它是组成各种各样物体的基础,且并不会因为小而断定它不是某种物质。

      粒子要比原子、分子小得多,现有最高倍的电子显微镜也不能观察到。1858年,德国科学家普吕克做了一个实验。

      他将一个玻璃试管中的空气抽得非常稀薄,然后在试管两头装上电极板,极板上加入几千伏的电压,他发现在阴极对面试管壁上闪烁着绿色的辉光,但是却没有看到从阴极上有任何东西发射出来。关于这绿色的辉光的究竟是什么,科学界众说纷纭,总结来说有两种看法:粒子或者电磁波。

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      后来科学家赫兹对此做了实验,当他把这个管子置于磁场中,发现绿色会发生偏转,但是他并没有解释这究竟是为什么?1897年,英国剑桥大学卡文迪许实验室的约瑟夫·约翰·汤姆森重做了赫兹的实验。

      他把涂有硫化锌的玻璃片放在了阴极射线经过的路径上,结果玻璃片闪光了,这说明硫化锌可以显示阴极射线的轨迹,这下就好办了。

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      汤姆逊在阴极射线经过的路径上加了一个电场或磁场,结果发现轨迹发生偏转,汤姆逊得出结论——阴极射线是一种带负电的粒子。

      汤姆逊对阴极射线同时施加电场和磁场,并且调节其强度,使得阴极射线仍然做直线运动,这样,通过电场强度和磁感应强度的比值就可以算出微粒的速度,再通过偏转知道了这种粒子的荷质比。

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      汤姆逊测出来荷质比后发现这个值太大了,是氢原子荷质比的1836倍,这肯定是一种新的粒子了。

      1897年4月汤姆生以《阴极射线》为题作了研究报告,申明发现了比原子更小的粒子—电子。并给了电子的属性。电子的发现由此掀开了微观世界的大门。

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      后来,1932 年 J.查德威克在用a粒子轰击核的实验中又发现了中子,随即人们认识到原子核是由质子和中子构成的,在一开始大家都将它们称呼为基本粒子。

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      但是到了六十年代初,实验发现的基本粒子的数目已达到近百种。而且显然,随着加速器能量的提高,还会有大量的新粒子会被发现出来。原来人们期望基本粒子的研究会给物质世界描绘出一幅很简明的图象。结果却相反,基本粒子的种类竟然比化学元素的种类还多,而且有些粒子实验显示具有明显的内部结构。所以便不再称呼为基本粒子,而是叫粒子!

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      粒子物体内部流动

      由此构建了粒子物理这门学科,专门研究粒子,而随着70年代,科学家为了统一宇宙四大力——强力、弱力、电磁力、引力,从而构建了标准模型。根据粒子的质量和各相互作用强度等参数对粒子进行了系统分类。

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      标准模型粒子图

      粒子如今可以分为组成物质的费米子以及传递力的玻色子。

      传递力的(规范)玻色子有四种:1传递电磁力的光子、2传递引力的引力子、3传递核强力的胶子、4传递弱力的玻色子,最后还有一种赋予所有粒子质量的希格斯玻色子(上帝粒子)。

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      而费米子是依随费米-狄拉克统计(是统计力学中描述由大量满足泡利不相容原理的费米子组成的系统中粒子分处不同量子态的统计规律)、角动量的自旋量子数为半奇数(1/2,3/2…)的粒子。

      费米子遵从泡利不相容原理,即不能两个以上的费米子出现在相同的量子态中。根据标准理论,费米子均是由一批基本费米子构成的,而基本费米子则不可能分解为更细小的粒子。

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      基本费米子分为2类:夸克和轻子。而这2类基本费米子,又分为合共24种味(属性):

      12种夸克:包括上夸克(u)、下夸克(d)、奇夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)、顶夸克(t),及它们对应的6种反粒子。·

      12种轻子:包括电子(e-)、μ子(μ-)、陶子(τ-)、电中微子(νe)、缈中微子(νμ)、陶中微子(ντ),及对应的6种反粒子。

      物质宇宙就是由上述这些物质性的费米子以及传递力的玻色子所构成。后来人类为了把宇宙中的四大基本力统一起来,维内奇诺进一步创造了弦论,弦论的一个基本观点就是,自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的粒子。这些看起来像粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈(称为闭合弦或闭弦),闭弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。但是目前弦论是理论物理学上的一个尚未被证实的理论。

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      目前,科学家对于粒子的研究还在不断深入,这个世界上究竟存在多少种粒子,还等着我们不断去发现。

      图片相对论和量子力学是现代物理学大厦的两大基石
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