第309章 粒子应用（1/2）

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然而，让华枫略微觉得头疼的还在后面，他半强迫性的把这些东西记下，这是个漫长的过程，即便对现在的他来说。

“强子族本身又再分为两类 。由三个夸克构成的粒子叫做重子，就是我们常说的‘物质’粒子，包括质子和中子(重子和轻子都是费米子族的成员，费米子实际上是普通物质粒子的别称)。由成对的夸克构成的粒子叫做介子，它们是携带基本力的粒子，尽管还有其他的介子(这些力的载体和其他介子又称为玻色子)。

只需要两种夸克(它们的名字很怪，叫做‘上’夸克和‘下’夸克)就能解释质子和中子的结构。一个质子由通过强力维持在一起的两个上夸克和一个下夸克构成，而一个中子由通过强力维持在一起的两个下夸克和一个上夸克构成。

力本身可视为胶子的交换，而胶子本身又由夸克对组成，因而是介子。”老师的声音在持续……

正如轻子族复制了三代，夸克族也如此。虽然只需要两种夸克来解释质子和中子的本质，但复制的两代夸克却一代比一代重，其中一代叫做‘奇’夸克和‘粲’夸克，最重的一代叫做‘底’夸克和‘顶’夸克。和重轻子一样，这些粒子能够在高能实验中产生(因而大爆炸时必定大量存在过)，但迅速衰变成它们的较轻对应物。虽然不可能分离出单个夸克，但粒子加速器实验已经提供了夸克族所有这六个成员存在的直接证据；最后一种(顶)夸克是芝加哥费密实验室的科学家于2007年找到的。

对夸克的质量和其他性质的研究表明，不可能有更多代的夸克，只能有三族夸克和三族轻子。幸而标准大爆炸模型也认为不可能存在多于三代的粒子；不然的话，极早期宇宙中额外中微子造成的压力应该驱动宇宙过快地膨胀，从而使留存下来的氦含量与极年老恒星的观测结果不符(见αβγ理论、核合成)。这是最美妙的证据之一，表明粒子物理学和宇宙学两者的标准模型对宇宙行为的描述，都同基本真理相去不远。

但是，除了大爆炸的最早片刻之外，第二和第三代粒子在宇宙的演化或其内容物的行为中基本不起作用。我们在宇宙中看到的每样东西都能用两种夸克(上和下)和两种轻子(电子和电子中微子)加以说明；确实，由于单个的夸克不能独立存在，我们看到的每样东西的行为，仍然能够用1932年就已经知道的电子、中子和质子再加上电子中微子，以及四种基本力，相当准确地予以近似说明。

英国剑桥大学日前发布新闻公报说，该校研究人员和伯明翰大学的同行合作完成了这项研究。公报称，电子通常被认为不可分。但1981年有物理学家提出，在某些特殊条件下电子可分裂为带磁的自旋子和带电的空穴子。

剑桥大学研究人员将极细的“量子金属丝”置于一块金属平板上方，控制其间距离为约30个原子宽度，并将它们置于约零下273摄氏度的超低温环境下，然后改变外加磁场，发现金属板上的电子在通过量子隧穿效应跳跃到金属丝上时分裂成了自旋子和空穴子 。

研究人员说，人们对电子性质的研究曾掀起了半导体革命，使计算机产业飞速发展，又出现了实际研究自旋子和空穴子性质的机会，这可能会促进下一代量子计算机的发展，带来新一轮的计算机革命。

2009年03月27日搜狐科学消息 ：据美国《国家地理》杂志报道，科学家这周宣布，他们在美国伊利诺斯州的费米国家加速器实验室里发现了一种奇异的新粒子，完全无法用现有理论对它进行解释，它将可能打破现有物质构成的所有已知规则。这个新发现的粒子称为y(4140)，它不符合二种物质构成的已知模式，甚至科学家还没有确定y(4140)是由什么组成的。

科学家一直认为夸克能以各种行之有效的方式结合在一起形成其他较大的亚原子粒子，一种模式是由夸克-反夸克对形成的介子，另一种模式是由3个夸克组成的重子，如质子和中子。“但我们发现的这种新粒子不属于这些夸克组合，这令人惊奇，”美国佛州大学的雅各布·科尼格斯伯格说，“据我们所知，如果你试图将夸克-反夸克对组合在一起，你不可能建造出这种粒子。”

粒子物理学家表示，此次发现的y(4140)粒子是这些实验室观察到的具有类似非常规属性的粒子家族成员之一，是由二束粒子以近光速的速度彼此剧烈碰撞产生的，这样发现新粒子y(4140)的机率大约为百亿亿分之二十。费米实验室的科学家发现，y(4140)粒子在衰变过程中常常产生包含有一个底夸克(称为b+介子)的粒子。对费米实验室的数万亿次质子和反质子碰撞进行筛选后，科学家们确定了一个以非常规方式衰变的b+介子的小样本。进一步分析表明，这些b+介子可衰变成y(4140)。此外，科学家还发现y(4140)粒子可衰变成一对其他粒子———jsi和hi粒子，物理学家认为它可能是一个粲数和反粲数夸克组合。但是，对于这样的一个构成来说，其衰变特性有违常规。