世界上最最最最最小的东西是啥(宇宙中最小的物质—夸克的江湖)
一花一世界,一叶一菩提。
不只是人类社会有着复杂的江湖,粒子的江湖也一点都不简单。
闲来无事,从杯中随便滴了一滴水到桌面上,这滴水大约是0.05毫升,也就露珠大小。
别小看这一滴水,这一滴水中有约10万亿亿个水分子,一个水分子中有两个氢原子和一个氧原子,原子又是由质子、中子、电子构成的,质子、中子又由夸克构成。
这只是一滴水最简单的结构,这里面错综复杂的运转才体现了造物之美。
但造物之美不是今天的重点。
我们重点来看这滴水里面最小的物质—夸克。
夸克是已知的最小物质,在弦理论得到证实之前,夸克已不可再分割。
夸克有多小呢?
打个比方,如果把夸克比作一粒小米,那么一个质子相当于篮球那么大,一个原子就相当于 一座珠穆朗玛峰,桌子上那一滴水呢?它相当于整个太阳系。
夸克是不是很形象了,别急,当你看完这篇文章时,你再看路上那一个个行走的路人时,就会感觉在看一个个行走的夸克。
而夸克虽小,可也有自己的小江湖。
在那滴水里面,质子和中子都是由夸克构成的。
两个上夸克、一个下夸克构成一个质子;
两个下夸克、一个上夸克构成一个中子;
其实,不只是水,你所能看到的任何东西一路拆下去,都会拆成夸克。
不过,夸克不能单独存在,它们必须相互抱团,上面的质子和中子也是由3个夸克组成。
夸克这个小江湖里,也是有正派和反派的。
先来介绍这六大名门正派:
它们分别是 上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克。
在夸克的江湖里,将这六大名门正派称为:正夸克。
和人类的江湖一样,门派里面又会产生派系。
这六大名门正派又分别产生了三大派系,称为:红、绿、蓝3种色荷。
举个例子:上夸克有红上夸克、绿上夸克、蓝上夸克。其它的也一样,所以就有了18种正夸克。
先解释一下上面出现的色荷:
色荷跟电荷很像,我们都知道,正负电荷之间互相吸引,两个正电荷之间互相排斥
不同颜色的夸克之间,也存在着类似的引力或斥力,只是比电荷复杂一些。
用专业的话解释就是:
电荷的本质是:电磁互相作用力的耦合常数。
色荷的本质是:强互相作用力的耦合常数
当然,如果这些不理解也没关系,你只要记住,夸克的颜色相当于电子的电荷,夸克的颜色,跟生活中的颜色,内涵是不一样的。
江湖中有正派就有反派,同样的,宇宙中有正物质也有反物质,正反物质相遇后会湮灭成能量。
所以,18种正夸克都有对应的反夸克,总共有36种夸克。
它们之间的区别是电荷相反、自旋相反、颜色相反。
举例:红上夸克的反物质是“反红上夸克”,因为红色和青色可以混合成白色。
所以反红上夸克的色核是青色。
其它夸克也一样,粉红色是绿色的反色,黄色是蓝色的反色,最后就有了所有的36种夸克。
夸克虽然小,但它们的江湖是不是一点都不简单。
既然夸克不能单独存在,那它们组成物质又要遵循什么江湖规矩呢?
一句话,夸克组成的新物质必须是白色的。
你可以仔细找一下,这36种夸克,没有一种是白色的。所以,夸克才不能单独存在。
那怎么才能组合成白色物质呢?
还是进行颜色配对呗。
红、绿、蓝可以混合成白色,那这三种颜色的夸克,就可以组合成新的物质。
比如:一个红色的上夸克 一个蓝色的上夸克 一个绿色的下夸克=质子
一个红色的下夸克 一个蓝色的下夸克 一个绿色的上夸克=中子
一个红色的下夸克 一个绿色的奇夸克 一个蓝色的上夸克=Λ子(重子的符号,读兰木达)
同理,反物质夸克也是一样的组合。
另外正反夸克也可以相互组合,比如:正红上夸克 反红下夸克=π介子
只要根据颜色的不同排列,就可以组合成质子、中子或其它粒子
另外,反红、反绿、反蓝也可以根据颜色的不同排列,可以组合成反质子、反中子或其它反粒子。
只要你有兴趣,怎么组合都行。
是不是发现,上面都是两个三个抱在一起的,就没有3个以上的。
那是因为3个以上的非常少见,只有在2021年3月,欧洲大型对撞机里,刚发现了四夸克组成的Tcc粒子。
2015年7月14日,欧洲核子研究中心宣布通过大型强子对撞机,发现了五夸克粒子。
但是,五夸克粒子现在存在争议,那里面有可能出现了粒子纠缠状态的情况,所以还没有确定。
在夸克这个小江湖里,它们之间互相抱团组成了几百种新粒子。
但这里面只有质子和中子可以稳定存在,其它的新粒子,都活不过1秒钟便会衰变。
比方正红上夸克 反红下夸克=π介子,这个π介子很快便会衰变成一个电子 一个电中微子。
为什么这么多新物质都不稳定?
有很多原因,首先,我们这个宇宙是由正物质组成,正反物质相遇后会湮灭成能量。
所以那18种反夸克组合的物质很难长期存活
剩下的6大类正夸克,越重的夸克越不稳定,寿命也越短,顶夸克是最重的,上、下夸克是最轻的。
所以,质子和中子是由上、下夸克组成,就能一直稳定存在。
夸克虽小,这个江湖是不是一点都不简单。
并且,如果你有兴趣去了解它们之间的运动和衰变,就会感觉这真是一个大江湖。
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