物质结构概要_科普之友

近代以来的物理学研究发现，物质是由不同层次的微粒构成的，形成了一个阶梯系列。二三百年前，人们发现物质由分子及原子组成。到19世纪末，在科学实验基础上，科学家认识到原子由原子核和核外电子构成。原子很小，直径约亿分之一厘米。原子核大约是原子的10万分之一，电子则更小，大约是原子的亿分之一。再进一步，人们发现原子核又是由质子和中子组成的。
　　
　　到此，曾有人以为找到了构成物质的最小“砖块”。然而，不久人们就发现了这种认识的局限性。
　　
　　通过对宇宙射线的观察分析和高能加速器的实验，又发现了比上述微粒更小、更基本的大批新粒子，如介子、中微子、反粒子以及组成质子、中子的夸克等，达到几百种之多。其中，大部分在自然界中并不存在，而是在高能束流的轰击下才产生出来的。
　　
　　中子结构示意图。从中可见到中子内部有三个夸克。
　　
　　微观粒子之间存在不同的相互作用。根据这些相互作用力的特点，可把几百种粒子分为强子、轻子和传播子三类。
　　
　　强子是指参与强相互作用的那些粒子，包括质子。中子、π介子等。强子有其内部结构，由夸克组成。夸克有上、下、奇、粲、底、顶6类，每类有3种，共18种。1995年，科学家用高能物理实验证实了顶夸克存在的预言，这是近年来关于物质结构研究的一项重大进展。
　　
　　轻子与强作用无关，只参与弱力、电磁力和引力相互作用，如电子、中微子、μ子、τ子等。1992年，我国北京正负电子对撞机成功实现了τ轻子质量的精确测定，取得了国际高能物理界瞩目的结果，使我国在该高科技领域占有一席之地。
　　
　　微观世界作用力的传递是由粒子完成的。
　　
　　原子核裂变。因裂变前后核质量亏损，释放出大量能量，裂变中心部分温度超过50亿度
　　
　　这些粒子即称传播子，也属于基本粒子范畴，传递强力的称胶子，传播电磁力的是光子，弱力的传播子是中间玻色子W+、W+和Z0。
　　
　　夸克、轻子是不是就是最基本的物质结构单元呢？也不是。已有许多迹象表明，它们也可能还存在内部结构。对更微观层次的探究，是当代科学研究的最前沿之一。1979年的诺贝尔物理奖得主格拉肖曾建议，假如一旦在实验上发现了比夸克更小的微粒，应命名为“毛子”，以纪念毛泽东关于物质无限可分的哲学思想。这一设想虽尚未实现，但说明了科学家对辩证思维的重视。
　　
　　人们会问：这样无限分下去有什么意义呢？一是哲学上的意义，证明世界的物质性和人类认识永无止境；二是科学理论上的意义，丰富了人们关于物质世界的基本知识；三是实践上的意义。当年对原子核内部结构的探索，导致了核能的广泛利用和开发。反物质有可能成为未来人类更强大的能源。除这些以外；研究超微观世界，需要庞大的高能实验设备，如对撞机、加速器等，这些设备的研制是高技术发展极强的推动力量，如我国自行设计、研制的北京正负电子对撞机，不仅取得了“精确测量τ轻子质量”这一高水平理论研究成果，而且，在对撞机的研制过程中，还带动了一大批高技术的发展。
　　