少儿科普名人名著书系:理化迷宫(典藏版)

叫三声夸克 有一种礼品盒，看上去只是一个盒子，看不出里面是空的，还是装着什么东西。等你打开来看时，里面仍然是一个盒子。在好奇心驱使下，再打开这个盒子，里面又是一个盒子……总之，盒子里装盒子，不知道盒子里面是什么。 物理学家在研究物质结构的时候，也遇到了一个类似的问题：里面是什么？ 世界上的物质千千万，石头、铁、空气、水……形态不同，性质各异，但有一点是相同的，*小单位都是原子。铁的*小单位是铁原子，氢的*小单位是氢原子，水的*小单位虽然是水分子，不过，水分子是由两个氢原子和一个氧原子组成的。 人们一直都认为，尽管世界上的物质千千万，分到原子这一步就算到头了，原子是不可再分的*小单位。 到了19世纪末，X射线的发现，好像传给人们一个信息，原子这个盒子里还有盒子。果然，进入20世纪以后，人们发现原子不是*小单位，原子内部还有结构，中心是原子核，外围是电子。原子的质量几乎全部集中在原子核，原子核本身却十分微小，大约10万个原子核排成一条直线才相当于一个原子的直径。 好奇心驱使科学家进一步研究原子核的结构，知道了原子核是由质子和中子组成的。人们产生了一个新的看法：原子由电子、质子和中子等基本粒子构成，这些粒子叫作基本粒子，好像是在说原子这个盒子里，也就是这些东西了。 可是，后来科学家在宇宙射线中发现了一些新的粒子，在实验室里，在加速器中发现了更多的粒子，基本粒子的种类猛增到300多种，也有报道说，多达700种。 物理学家分别为这些微小的粒子取了名字：光子、介子、中微子，以及用字母命名的K子……还测定它们的质量是多少，带什么样的电荷，如何自旋，左旋还是右旋，寿命多长，就像调查户口似的，记入档案，再加以分析。 经过分析，发现大多数基本粒子是不稳定的，寿命很短，很容易转化为其他基本粒子。基本粒子的质量差别很大，也可以按质量大小来分类。不过，科学家*常用的分类方法是，按粒子间的相互作用分为两类，一类是轻子，另一类是强子。 电子和中微子属于轻子，轻子的数量比较少；绝大多数基本粒子都属于强子，其中包括质子和中子。面对原子核内的强子，科学家们又在思考了：还有比质子和中子更小的结构吗？ 又是一个“盒子里还有盒子吗”这一类的问题，科学家从实验中已经感觉到，强子内部应该还有结构。这好比拿起盒子摇一摇，听到盒子里有响动的声音，初步可以判定盒子里有东西。 是什么东西呢？不知道。科学家开始发挥想象力了。美国科学家盖尔曼提出一个假说，叫作夸克模型，说是所有强子都是由3种夸克构成的。 “夸克”是译音，意思是海鸟的叫声。因为在小说《芬尼根的守灵夜》中有一句话：“向麦克老人三呼夸克。”盖尔曼把夸克借用过来，无非是一语双关，说明每一个强子都有3种夸克。 想象虽然浪漫，却又充满理性。盖尔曼提出的夸克模型是有理论支持的，理论分析很有道理。慢慢地，盖尔曼的理论被大多数人接受了，等于承认了盒子里面有东西。 只从理论上认识夸克是不够的，还得把它找到，证实它的存在，把想象中的夸克变成真实的夸克。为了找到夸克，物理学家忙活了20多年。到了1974年，科学家丁肇中发现了J粒子。J粒子的J与中文的“丁”字非常相似，这也是给新粒子命名的妙处。新粒子的发现引起种种猜测，J粒子是不是第四种夸克？ 是的。J粒子就是第四种夸克，又叫粲夸克。为此，丁肇中于1976年获得了诺贝尔物理学奖。这时，科学家对夸克的认识更深入了，说还有第五种、第六种夸克。 人们在研究夸克的时候，发现夸克与“3”这个数字特别有缘，三呼夸克，三种夸克。夸克的种类多了以后，又可以分为三个组，人们把这种组叫作代，也就是三代。 1977年，科学家发现了第五种夸克——底夸克。可是，夸克的第三代里还缺一个夸克，它叫顶夸克。1994年，在费米实验室，科学家终于发现了顶夸克。 在费米实验室有一个加速器，地下的环形隧道长达6.4千米。为寻找顶夸克，先后有900多位科学家在这里工作，研究了8年，*终才找到了它。 新的发现，进一步证实夸克的存在，证实了顶夸克是第三代。 有人说物质的*小结构也许就到此止步了。盒子里装盒子，发现的盒子已经不少了，你看，原子里头有原子核，原子核里有强子，强子里头有夸克。夸克才是基本粒子。 可是，人们还是要问：盒子里还有盒子吗？ 物质的*小结构就是夸克吗？ 人的认识是不会到此止步的。