科學百科56期:為什麼科學家一直在尋找這麼多新的亞原子粒子,它們有什麼重要性呢?

2021-01-15 高校科幻


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本期為大家帶來：


作者以通俗的語言，深入淺出地解釋了現代科學中的一百個尖端課題。其中，有些是了解現代科學技術所必須具備的基礎知識，如科學的研究方法、二進位數、相對論、亞原子粒子、核聚變、熵、晶體、病毒等。有些則是當代科學技術的前沿陣地，如黑洞、統一場論、夸克、快子、金屬氫等。作者對這些問題的來龍去脈，它們目前處在什麼樣的狀態、有沒有希望得到解決等問題均作了回答。


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第五十六個問題：為什麼科學家一直在尋找這麼多新的亞原子粒子，它們有什麼重要性呢？

這個問題的答案主要是一句話：「為了更多的能量。」


物理學家用一種非常粗魯的辦法去研究原子核的內部結構。他們全力以赴地用亞原子粒子去撞擊原子核，把原子核粉碎成碎片，然後研究這些碎片。


最近三十年來所發生的變化，一直是在提高那些轟擊原子核的微小的亞原子「炮彈」的能量。本世紀三十年代，這類炮彈的能量是幾百萬電子伏；四十年代是幾億電子伏：五十年代是幾十億電子伏；到六十年代，已提高到幾百億電子伏。看來，在七十年代大概會有能量達到幾千億電子伏的炮彈了。


轟擊原子核的能量越大，擊碎後所產生的粒子的數量就越多，並且這些粒子也越不穩定。你可能會想到，隨著衝擊力量的加強，所出現的粒子會變得越來越小（不是嗎，狠狠的一擊可以把一塊巖石分裂成兩大塊，而更猛烈地一擊卻可以把同一塊巖石分裂成十多塊小碎片呀）。但是，在原子核的場合下，事情卻不是這樣。擊碎後出現的那些粒子都傾向於成為相當重的粒子。


我們知道，能量可以轉化成質量。在粉碎原子的過程中出現的那些亞原子粒子，並不是原來在原子核中就一直存在、後來才被擊出的。它們是在原子核被擊碎的瞬間由入射粒子的能量形成的。所以，入射粒子的能量越大，所能產生的粒子的質量就越大，並且這些粒子一般也越不穩定。


從某種意義上說，從被擊碎的原子核飛出的亞原子粒子，就像火石打擊鋼鐵時飛出的火花一樣。鋼鐵中本來並沒有火花，火花是由撞擊的能量產生的。


但是，如果這樣的話，所有這些亞原子粒子還有什麼重要性？它們不可能就像火花那樣，也只不過是能量的一些偶然的產物嗎？


物理學家並不這樣想，因為這些粒子所遵循的法則太多了。所形成的粒子都具有一定的特性，這些特性要服從一些相當錯綜複雜的法則。這就是說，各種不同的粒子都可以用一些被稱為「同位旋」、「奇異性」、「宇稱」等等的數字來表示，這些數字的本性受到某些嚴格的限制因素的支配。


可見，在這些限制因素的後面必然隱藏著某種東西。


美國物理學家蓋爾曼已經研究出了一種按照這些數字逐漸增大的次序把各種亞原子粒子排列成表的體系，由於這樣做，他就能夠預言一些迄今未知的新粒子。具體地說，他曾經預言了負ω粒子的存在，這種粒子應該具有某些看來不太可能的特性，但是，當人們去尋找這種粒子時，它果然被發現了，並且還正好具有蓋爾曼所預言的那些特性。


蓋爾曼還提出，如果目前已知的幾百種粒子全都是由很少幾種更簡單的粒子（他把這些粒子稱為「夸克」）構成的，那麼，已知的粒子就會很自然地按照他所指出的方式排列成一個表。目前，許多物理學家正在搜索這種夸克。如果夸克真的被發現了，那麼，它們可能為我們提供一幅有關物質的根本性質的嶄新圖景，那對我們很可能是極其有用的。


 

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美國著名科幻小說家、科普作家、文學評論家，是美國科幻小說黃金時代的代表人物之一。

阿西莫夫一生著述近500本，題材涉及自然科學、社會科學和文學藝術等許多領域，與儒勒·凡爾納、赫伯特·喬治·威爾斯並稱為科幻歷史上的三巨頭，同時還與羅伯特·海因萊因、亞瑟·克拉克並列為科幻小說的三巨頭。

其作品中以《基地系列》、《銀河帝國三部曲》和《機器人系列》三大系列被譽為「科幻聖經」。曾多次獲代表科幻界最高榮譽的雨果獎和星雲終身成就大師獎（雨果獎7次、星雲獎3次、軌跡獎2次）。小行星5020、《阿西莫夫科幻小說》雜誌和兩項阿西莫夫獎都是以他的名字命名。

他提出的「機器人學三定律」被稱為「現代機器人學的基石」。



稿件搜集 | 靳淞

文字編輯 | 清皓

排版 | 夏霜

審核 |  Lynn




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