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探索夸克
日期:2002年06月25日     

    物質是由分子組成的,分子是由原子組成的,原子是由原子核和電子組成的,而原子核是由質子、中子(統稱核子)組成的。

  這曾經是許多人從中學時期就已經得到的常識。現在它應當添上這樣一句:質子和中子又是由夸克組成的。

  我們知道紛繁復雜、千姿百態的物質細分下去依次是分子、原子、中子、質子和電子。這些粒子人們不僅可以通過電子顯微鏡等輔助設備在實驗室直接或間接地觀察到,而且掌握的有關這方面的知識已經在實際中得到了應用 。那么物質組成的基本粒子——夸克到底有什么特性呢?

  目前物理學家們還沒有辦法得到單獨存在的夸克,但是他們已經發現夸克共有六種:上夸克,下夸克、粲夸克、奇夸克、頂夸克和底夸克。上夸克,下夸克質量較輕, 而其余4種夸克,質量較大。一般中子和質子都是由上夸克和下夸克組成的。物理學家們還發現所有的夸克粒子都有其對應的反粒子,如果用外力想強行分開它們,他們會各自迅速找到另外的伙伴。為了揭開夸克的秘密,科學家們通過研究一對正、反粲夸克即粲夸克偶素來推斷粲夸克之間的相互作用,從而推斷夸克的各種特性。

  我國物理學家們在北京正負電子對撞機上,把通??梢緣玫降牡繾雍駝繾蛹鈾俚膠芨吣芰?,然后讓它們進行碰撞,發生反應,得到粲夸克偶素??淇聳倜淺6?,需要借助高性能的測量儀器才能 觀測到它曾經短暫的存在??淇朔淺P?,以至于物理學家們把它看成是小到沒有形狀的一個點;夸克很輕,如果把一個西瓜大的鉛球的質量當成是一個氫原子的質量,那么最重的夸克質量還趕不上芝麻粒大小的棉花呢。

  我國科學家在這個領域, 發現了一系列有意義的反常現象,做出了多項世界一流水平的研究成果, 引起了國際理論界的濃厚興趣和研究熱情,推動了夸克理論的進一步進展。國際粒子物理界權威文獻《粒子物理評論》(2000年版)收錄的90年代以來的共113項粲夸克偶素物理方面的粒子數據中,我國的實驗數據就占了74項,占世界數據總量的65%. 其中20多項數據是國際上首次報道的,相當一部分測量達到了世界最高精度。完全可以說我國在這個能區的研究水平是世界第一。

  人類文明的歷史在很大程度上是不斷認識、了解自然力和開發新能源的過程:從掌握火、馴服化學能到了解原子核和控制原子能,人們仰仗的是物理學的知識。如果有一天,我們能夠充分認識基本粒子及其相互之間的作用力并掌握和利用“粒子能”,那么這種利用的效果將是空前壯觀的。

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