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有趣的基本粒子兰州市外国语高级中学 韩仲明 (730010)摘要: 我们这个世界共有四套不同种类的粒子了，即“构成物质的基本粒子”、“构成反物质的反粒子”、“构成暗物质的超对称粒子”和“传递力的基本粒子”。如果真是那样，那么我们就是生活在“上帝”演奏的“音乐”世界里，但我们不是在听音乐，而是在看音乐！ 关键词:基本粒子 反物质 暗物质 引力子世界真奇妙！可是奇妙的世界到底是由什么组成的呢？其实构成我们世界的物质可分为两部分：能够直接观测的物质和不能直接观测的物质。真是不可思议，一切肉眼看得见的物质竟然都是由三个“小家伙”（微观粒子）组成的，他们的名字分别叫做“电子”、“上夸克”和“下夸克”。物质是由分子和原子组成的，而原子是由原子核和核外电子组成的，原子核内的质子和中子又是由夸克组成的。如果电子电量用表示，质量用表示，则上夸克电量为，质量为4-6倍的,下夸克电量为,质量为10-29倍的。一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由一个上夸克和两个下夸克组成。所以电子、上夸克和下夸克称为组成物质的“基本粒子”。基本粒子都有它们的“兄弟”粒子，人们在加速器实验和宇宙射线的次级射线中发现了许多跟基本粒子电量相等而质量各异的其它粒子。上夸克的弟兄有“粲夸克”和“顶夸克”；下夸克的弟兄有“奇异夸克”和“底夸克”；电子的弟兄有“子”和“子”；另外还有不带电的“电子中微子”、“中微子”、“中微子”。由于兄弟粒子的寿命都比较短，所以它们基本上不参与物质的构成。奇怪的是自然界人们还发现了许多“反粒子”。反粒子的质量和正常粒子的质量相等而电量刚好相反，如电子的反粒子叫“反电子”，也叫“正电子”，其电量为。如果一个电子和一个反电子碰撞，会发生瞬间湮灭，把两个粒子的质量全部转化成能量而释放出来。人们已经在宇宙射线和加速器实验中证实了反质子和反中子的存在，不过它们数量极少且不稳定。反粒子组成的物质叫“反物质”，反物质是正常物质的反状态。当正反物质相遇时，双方就会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。2011年5月初，中国科学技术大学与美国科学家合作发现迄今最重反物质粒子反氦4。2011年6月5日欧洲核子研究中心的科研人员宣布已成功抓取反氢原子超过16分钟。试想，人们一旦掌握了制造大量且稳定的反粒子的技术，就可以组成反物质。理论上反物质在形态上和正常物质是一样的，也是肉眼能看得见的，如由反氢和反氧原子组成的“反水”，和正常水一样也是无色无味的透明液体。到那时，只要我们喝一小口反水，它就和我们体内的正常水一起瞬间在体内产生大量的能量，我们可以几天不吃饭而不感到饥饿，而且精力充沛、活力四射！有了反粒子组成的反DNA，就一定会有“反人”，两个反人的孩子当然也是反人，我们从外表上无法识别他们，所以你可要当心，千万不要冒昧地跟反人握手，否则你和他都会在握手的瞬间从人间蒸发！除了肉眼看得见的物质外,科学家们通过观测天体的运动发现，宇宙中还充满了肉眼看不见的“暗物质”和“暗能量”，而且超乎我们的意外，因为通过计算发现，宇宙中普通物质仅占5%,而暗物质占23%,暗能量竟占72%！换句话说，宇宙的绝大部分是由暗物质和暗能量组成的，即宇宙的“主角”不是我们平时看见的这些由普通物质组成的星体和星系！即使在太阳系内，甚至在我们的周围，也应该有暗物质及其粒子存在。那么，暗物质粒子是咋样的呢？科学家们猜测，暗物质粒子其实就是普通物质粒子的“伙伴”粒子，也叫“超对称”粒子，它们与相应的普通粒子一模一样，只是“自旋量”与普通粒子刚好相反，即“自旋对称”。人们试图在加速器中制造出暗物质粒子，但目前仍一无所获，也许不久的将来会查明暗物质究竟是什么。还有一个问题是：自然界最基本的四种相互作用力（电磁力、万有引力、强力和弱力）中，强力是夸克组成质子和中子的那种力，弱力是迫使一种基本粒子改变为另一种基本粒子的那种力，而电磁力和万有引力又是怎么产生的呢？在物理学中，将彼此不接触的物体之间也有力的作用解释为：“物体之间在不断地抛接基本粒子”，从而认为传递这四种力的基本粒子分别是：光子（）、引力子（G）、胶子（g）和弱玻色子（W+）。其中预言的引力子目前尚未被发现。至此，我们这个世界共有四套不同种类的粒子了，即“构成物质的基本粒子”、“构成反物质的反粒子”、“构成暗物质的超对称粒子”和“传递力的基本粒子”。然而事情并没有完全了结，因为各种粒子一般都具有“质量”，那么粒子的质量又是从哪里来的呢？物理学家的说法是：“是希格斯粒子赋予基本粒子以质量。”在宏观世界里，质量是物体惯性大小的量度，也就是说，质量是使一个物体“运动的难度”，质量越大的物体，使它运动的难度越大。在微观世界里，一种叫“标准理论”的理论认为：“基本粒子的质量本来都应该为零，它们之所以有质量，是它们不断地与充满真空的希格斯粒子发生碰撞的结果。” 希格斯粒子也仅是理论的预言，是否能够真的被发现，需要由今后的加速器实验来回答。原来，微观世界里有如此之多的基本粒子，真是太复杂了，这可不象是“上帝”的风格！为此，大多数物理学家都有一个共同的信念，即“自然界的基本原理应该是简捷而优美的”，即“自然定律可以用数学表示为一种优美的（简捷的）形式”。而种类如此繁多的基本粒子的混乱局面，在物理学家看来也是很不优美的。于是有一叫做“超弦理论”（也叫“终极理论”或“万物理论”）的理论认为：“构成宇宙的原材料归根结底不过仅仅是一种弦线，所有的基本粒子其实都是同一种弦线的不同振动方式的表现。”真是不可思议！如果真是那样，那么我们就是