拥抱夸克时代

陈壮叔

对物质寻根究底是宇宙学家一直在做的一件事。他们一直想知道，创生大爆炸后出现的物质究竟是什么形态。科学界迄今还不能制造如此高的能量，以创造最初的物质。一些科学家开始放慢脚步，去追踪已知基本粒子的底细。

我们现在知道，基本粒子有很多种。本文要说的，是组成物质（指化学元素， 如氢、氮……）的基本粒子。这也是古代哲学家的话题，可以追溯到很久以前。约公元前450年，古希腊哲学家德谟克利特说，世界上的一切物质皆由一些极微小的基本粒子组成，他称此为原子，而原子就不能再分下去了。

近代物理学也把原子作为物质的最小单位，并认为它由原子核和电子构成。20世纪30年代，人们了解到原子核内还含着质子和中子。彼时，人们把这些粒子称为基本粒子。20世纪6 0年代，科学家在一系列实验中感到质子可能有内部结构。在高能电子的轰击下，质子内部的电荷具有一定的分布图，其半径在0.7×10-13厘米的线度上。1964年，盖尔曼和茨威克正式从理论上计算出这种深层次物质的存在，将其取名为夸克，它带有分数电荷。

之后，理论界确认，夸克共有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。参与物质组成的主要是上夸克和下夸克。

地球上有100多种元素，最简单的是氢，氢在大爆炸后不久就生成了，而较重的元素是在恒星核燃烧和超新星爆发时出现的。氢的结构最简单，原子中心是一个原子核，核内有一个质子，围着核有一个电子。