关于世界本质的探索,人类自古以来从未停止过。
早在两千多年前,古希腊哲学家德谟克利特就提出了著名的“原子论”。
该理论认为:
1、世间万物,均由极小的原子微粒构成;
2、原子是实心物质,不可再分;
3、宇宙的本源是原子和虚空,原子组成物质,虚空是原子运动的场所。
用现在的观点看,德谟克利特的理论依然称得上惊艳。
他构想出原子这样一种基本粒子,通过排列组合,形成万物,符合大自然的简洁之美。
因此,原子论一直统治学界一千多年。
直到1803年,英国化学家道尔顿继承了古希腊的原子论和牛顿的微粒说,发表了集大成之作的现代原子论。
其核心思想是:
1、组成不同物质的原子是不同的;
2、不同原子之间可以通过化学反应形成新的物质。
可以明显看出,道尔顿的原子论相比德谟克利特的原子论,深度不可同日而语。
而且道尔顿是通过大量的化学实验和测量工作,才得出了这个结论。
因此,他的原子论代替了古希腊原子论,继续统治学界近100年。
直到1897年,汤姆逊发现了电子,人类终于揭开了原子内部的奥秘。
原来,原子并不是基本粒子!
于是,关于原子结构的研究成为重点。
很快,质子、中子被发现,中微子概念被提出。
前面说过,1936年,安德森在宇宙射线中发现了μ子。
当时的物理学家们虽然很高兴,但同时也非常困惑。
因为μ子的出现破坏了“宇宙的简洁和美感”。
μ子完全就是放大版的电子,除了质量外,它的所有性质都和电子一样,什么自旋、同位旋等。
因此,物理学家就奇怪:
“宇宙已经造出了电子,为什么还要造出μ子?”
“这完全是多余的啊。”
谁都解释不了这个问题。
接着,鲍威尔在1947年又发现了传递强力的π介子。
现在的粒子家族变成了:质子、中子、电子、中微子、μ子、π介子、光子。
这里要提一下,π介子按照海森堡的同位旋理论,有三个空间投影,代表了三种电荷状态。
分别是:π+/π-/π0。
当时的物理学家认为,这些粒子都是基本粒子,不可再分。
很快,宇宙射线领域迎来了超级大爆发。
40年代末至50年代初,物理学家几乎每个星期,都能从宇宙射线中发现新的粒子。
短短几年,发现的新粒子就有七八十种。
其中最重要的是美国物理学家罗切斯特和布特勒发现的一批新粒子。
它们可以分为两类:
第一类称为【Κ介子】。(注意,这个字母不读Kei,而是希腊字母,读卡帕。)
包括Κ+、Κ-、Κ0、反Κ0。
Κ介子跟π介子一样,也是传递强力,不过前者的质量比后者更大。
第二类称为【超子】。
其实超子的本质就是类似质子、中子这样的重子。(都是由夸克组成)
但是因为它们的质量远高于质子和中子,于是就称为“超越一般重子的重子”,简称“超子”。
超子包括:Λ、Σ+、Σ0、Σ-、≡0、≡-。(嗯,我也不会读)
这两类粒子,全都与强力有关。
这时,大家可能发现一个小问题了。
随着粒子越来越多,仅仅按照重量法分的重子、轻子有点不合适了。
于是,物理学家将所有和强力相关的力统称为【强子】。
希望从相互作用的角度梳理粒子的性质。
强子就包括了重子和介子。
重点来了!
物理学家在研究强子的时候,发现了一个非常奇怪的现象。
以Λ子为例,它是强力作用的产物,性质不稳定会发生衰变。
Λ子会衰变成π-介子和质子。
那么很显然,物理学家就想,π-和质子在强力的作用下,也会变成Λ子。
然而,实验结果却发现,π-和质子是在弱力的控制下,变成了Λ子。
这里要提一下,怎么才能知道粒子衰变受什么力控制呢?
把两个粒子相互作用比喻成两个靶面碰撞。
碰撞面积越大,则就越容易发生碰撞。
而物理学家发现,力越强,则碰撞面积越大。
四大力按照强度排序:强力>电磁力>弱力>引力。
所以,物理学家通过测量碰撞截面,就能知道粒子的作用过程是受哪个力控制。