人類已知最小的東西

學習
關注：2.24W次

暫時發現的最小的東西是夸克。

人類已知最小的東西1

暫時發現的最小的東西是夸克(quark)，夸克有着多種不同的內在特性，包括電荷、色荷、自旋及質量等。在粒子物理的標準模型中，夸克是唯一一種能經受全部四種基本相互作用（電磁、引力、強相互作用及弱相互作用）的基本粒子。

另外，夸克也是現在已知唯一一種基本電荷爲非整數的粒子。夸克的每一種味都有一種對應的反粒子，叫反夸克，它跟夸克的不同之處只在於它的.一些特性跟夸克大小一樣但符號不同。

夸克的提出者

夸克的提出者之一默裏·蓋爾曼（Murray Gell-Mann）1929年09月15日出生於美國紐約的一個猶太家庭裏。童年時就對科學有濃厚興趣，14歲進入耶魯大學，1948年獲學士學位後轉麻省理工學院，三年後獲博士學位，年僅22歲。1951年蓋爾曼到普林斯頓大學高等研究所工作。

1953年到芝加哥大學當講師。參加到以費米爲核心的研究集體之中，1955年蓋爾曼到加州理工學院當理論物理學副教授，年後升正教授，成爲加州理工學院最年輕的終身教授。

夸克的另一位提出者是喬治·茨威格（George Zweig）生於俄羅斯莫斯科一猶太家庭，原本要在理查德·費曼的指導下成爲粒子物理學家，但後來轉往研究神經生物學。他在洛斯阿拉莫斯國家實驗室及麻省理工學院任職科學研究員，但於2004年轉投金融行業。

人類已知最小的東西2

物理學家第一次使用質子撞擊電子時，觀察到電子被質子內部的三個小硬核反彈回的現象。這些核後來被稱爲夸克，是組成質子的更小的粒子。夸克是我們在科學研究中遇到的最小粒子。夸克的發現意味着質子和中子不再是最基本的組成粒子。

爲了更深入地理解，我們來剖析物質，逐層探究其組成。

總體看來，物質很堅固且它的性質很容易被測量。然而，即使是一個6歲的孩子也能推斷出他精心搭建的沙堡是由數十億粒微小的沙粒組成的...那麼接下來的問題是：沙粒是由什麼構成的?

原子

剝去一層，你會發現一個整齊有序的原子結構。原子的概念最初是由希臘人提出的，他們認爲物體可以被無限地一分爲二，直到剩下一個獨立的、不可分割的物質點。這個微小到難以想象的單位不能再分割了，因此被稱爲“原子”，源於希臘語的A-tomos。A代表“不”，tomos代表“可切分的”或“可拆分的”。

圖源：scienceabc

令人驚訝的是，這一理論並不成功。大多數關於基本成分的文獻都丟失了，它們在幾個世紀後被找回。大約兩千年後原子才被確認爲一個真實存在的基本物理對象。

化學家約翰·道爾頓在19世紀時對氣體進行了一系列巧妙的實驗才使得這一推測最終得到了證實。原子的平均直徑約爲50納米，即一粒沙子的百萬分之一。然後原子就成爲了人類所知的最小的粒子。

亞原子粒子

到了1897年，J.J.湯姆森先生經過深入研究發現了更基本的東西——電子!這是一個革命性的發現，電子技術的先驅們對此感激不盡。一個電子的“平均”直徑是10^-13釐米，比一粒沙子小20000億倍。

由於原子呈電中性，湯姆森認爲電子的負電荷一定被嵌入其中的一小塊正電荷所抵消了。這就是著名的“葡萄乾布丁”模型。

然而這個想法被有力地駁回了。1911年，盧瑟福用α射線轟擊一片薄薄的金箔，發現原子的大部分是空的，但原子中央有一個正電荷。他把中央部分稱爲原子核，並把帶正電荷的'粒子命名爲質子。據測量，質子的“平均”直徑比電子的“平均”直徑小三倍，但它的質量比電子大1837倍!

盧瑟福還假設電子圍繞原子核旋轉，類似於太陽系的行星模型。但是在這兩個模型中，中央實體與依附其存在的實體之間的距離存在着天壤之別。

圖源：scienceabc

好景不長。不久，化學家們發現了同位素——這些元素的化學性質難以區分，但它們的原子質量不同。一對同位素似乎含有相同數量的質子，但它們的總質量存在差異。

對此，盧瑟福認爲存在一種新的基本粒子，比質子略重，但呈電中性。1932年，詹姆斯查德威克發現了這種基本粒子——中子。中子和質子的大小相同，但質量大約是電子質量的2000倍。

人類已知最小的東西3

其實目前來說，夸克並不能單獨的被觀測到，因爲夸克之間的作用力會因爲距離越來越遠而越來越大，所以帶有色荷的夸克大多都是隻能和其他的夸克連接在一起，作爲“強子”這樣一個整體而被觀測到，所以目前來說人類大部分的夸克資料都是通過觀測強子來獲取的，不過相信隨着科學的進步，粒子的'最小值並不會只限於夸克，甚至有人認爲夸克放大後還是宇宙。