科学百科56期丨为什么科学家一直在寻找这么多新的亚原子粒子？

本期为大家带来：

《你知道吗——现代科学中的100个问题》

本书是阿西莫夫的优秀作品之一。

作者以通俗的语言，深入浅出地解释了现代科学中的一百个尖端课题。

其中，有些是了解现代科学技术所必须具备的基础知识，如科学的研究方法、二进制数、相对论、亚原子粒子、核聚变、熵、晶体、病毒等。有些则是当代科学技术的前沿阵地，如黑洞、统一场论、夸克、快子、金属氢等。

作者对这些问题的来龙去脉，它们目前处在什么样的状态、有没有希望得到解决等问题均作了回答。

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第五十六个问题：为什么科学家一直在寻找这么多新的亚原子粒子，它们有什么重要性呢？

这个问题的答案主要是一句话：“为了更多的能量。”

物理学家用一种非常粗鲁的办法去研究原子核的内部结构。他们全力以赴地用亚原子粒子去撞击原子核，把原子核粉碎成碎片，然后研究这些碎片。

最近三十年来所发生的变化，一直是在提高那些轰击原子核的微小的亚原子“炮弹”的能量。本世纪三十年代，这类炮弹的能量是几百万电子伏；四十年代是几亿电子伏：五十年代是几十亿电子伏；到六十年代，已提高到几百亿电子伏。看来，在七十年代大概会有能量达到几千亿电子伏的炮弹了。

轰击原子核的能量越大，击碎后所产生的粒子的数量就越多，并且这些粒子也越不稳定。你可能会想到，随着冲击力量的加强，所出现的粒子会变得越来越小（不是吗，狠狠的一击可以把一块岩石分裂成两大块，而更猛烈地一击却可以把同一块岩石分裂成十多块小碎片呀）。但是，在原子核的场合下，事情却不是这样。击碎后出现的那些粒子都倾向于成为相当重的粒子。

我们知道，能量可以转化成质量。在粉碎原子的过程中出现的那些亚原子粒子，并不是原来在原子核中就一直存在、后来才被击出的。它们是在原子核被击碎的瞬间由入射粒子的能量形成的。所以，入射粒子的能量越大，所能产生的粒子的质量就越大，并且这些粒子一般也越不稳定。

从某种意义上说，从被击碎的原子核飞出的亚原子粒子，就像火石打击钢铁时飞出的火花一样。钢铁中本来并没有火花，火花是由撞击的能量产生的。

但是，如果这样的话，所有这些亚原子粒子还有什么重要性？它们不可能就像火花那样，也只不过是能量的一些偶然的产物吗？

物理学家并不这样想，因为这些粒子所遵循的法则太多了。所形成的粒子都具有一定的特性，这些特性要服从一些相当错综复杂的法则。这就是说，各种不同的粒子都可以用一些被称为“同位旋”、“奇异性”、“宇称”等等的数字来表示，这些数字的本性受到某些严格的限制因素的支配。

可见，在这些限制因素的后面必然隐藏着某种东西。

美国物理学家盖尔曼已经研究出了一种按照这些数字逐渐增大的次序把各种亚原子粒子排列成表的体系，由于这样做，他就能够预言一些迄今未知的新粒子。具体地说，他曾经预言了负ω粒子的存在，这种粒子应该具有某些看来不太可能的特性，但是，当人们去寻找这种粒子时，它果然被发现了，并且还正好具有盖尔曼所预言的那些特性。

盖尔曼还提出，如果目前已知的几百种粒子全都是由很少几种更简单的粒子（他把这些粒子称为“夸克”）构成的，那么，已知的粒子就会很自然地按照他所指出的方式排列成一个表。目前，许多物理学家正在搜索这种夸克。如果夸克真的被发现了，那么，它们可能为我们提供一幅有关物质的根本性质的崭新图景，那对我们很可能是极其有用的。