本文參加百家號 #科學了不起# 天文航天系列徵文賽。
如果拿一個日常的物品，比如一個咖啡杯，你把它切成兩半，然後再切成一半，之後繼續切，什麼時候才會結束？你會一直繼續下去嗎？你會不會找到一套不可以被分割的「積木塊」，萬事萬物都可由其組成？物理學家們已經發現了後者——物質是由基礎的粒子組成，這些粒子是宇宙裡最微小的東西。這些粒子在被稱為「標準模型的理論下互相作用。標準模型是對不可分割的、無限小的粒子的量子世界的提煉。
它也包含了力如何指導粒子運動，相互作用，以及結合在一起形成世間萬物。那麼它是怎麼工作的呢？放大杯子上的碎片，我們看到原子聚集在一起形成分子。一個分子是任何化合物中的最小組成單元。一個原子是任何元素周期表中元素的最小組成單元。但是原子不是物質最小的組成單元。實驗發現每一個原子都有微小的、密實的原子核，原子核被極小的電子云包圍著。
正如我們所知，電子是宇宙中基礎的、不可分割的基礎材料之一。它是第一個被發現的標準模型粒子。電子通過電磁場聚集在原子核周圍。它們通過交換一種叫做光子的粒子來互相吸引，光子是帶著電磁場力的光量子，電磁場力是標準模型的基礎力。原子核有更多的秘密需要被發現，它包含了光子和中子。雖然它曾被認為是最基礎的粒子，但是在1968年物理學家發現光子和中子是由夸克組成，而夸克是不可分割的。
一個光子包含兩個上夸克和一個下夸克。一個中子包含兩個上夸克和一個下夸克。原子核被很強的力凝聚在一起，這是標準模型的另一個基礎力。正如光子帶著電磁場力，一個叫膠子的粒子帶著很強的力。似乎電子與上下夸克一起就是我們所需構建原子的東西，進而來描述一般的物質。然而，高能物理實驗揭露實際上有六種夸克：上和下，粲和奇，底和頂，它們的數量巨大。
正如我們發現電子，電子有重同類元素叫介子和鈦。為什麼對於這些粒子來說，有三種（只有三種）不同的版本？這仍是一個謎。這些重粒子只是在非常短的片刻產生，它們只產生於高能量的碰撞中，而不出現在日常生活中。這是因為它們會非常快地衰減回較輕的粒子。這些衰減包含在力的交換和粒子運載，它們被稱為 W 和 Z ——不像光子——有質量。它們帶有弱力，這是標準模型中的最後的力。相同的力允許光子和中子互相轉換，一個驅動太陽的重要融合反應。為了直接觀察 W 和 Z，我們需要通過粒子加速度器產生高能量碰撞。有另一種標準模型粒子，稱為中微子。
它們只通過弱力互相作用。通過太陽，產生數萬億的中微子，每一秒在我們身邊飛過。我們通過弱力相互作用的方法發現有不同種類的中微子它們與電子、介子和鈦關聯。所有這些粒子都存在相對應的反物質，這些粒子有相反的極性但是在其它方面一樣。物質和反物質是在高能量碰撞中成對產生的，當它們相遇時互相抵消。標準模型中的最後一種粒子是希格斯粒子----一種宇宙中能量域背景的量子波。
正如標準模型所說，這個領域的相互反應就是基礎物質粒子如何獲取質量的。大強子對撞機上做的超環面儀器實驗就是在深入學習標準模型。通過精準測量組成宇宙的粒子和力，超環面儀器物理學家可以找到無法用標準模型解釋的未解之謎的答案。例如：重力如何嵌入模型？什麼是承載力和物質粒子之間的真正關係？我們如何描述組成宇宙的大部分物質但是仍未被觀測到的「暗物質」？雖然標準模型對我們周圍的世界提供了很好的解釋，但宇宙中仍存在眾多的謎題等待我們去探索。
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
3. Ziyan Fan-astron- Lipeng Chen
如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除
轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處