基礎物理學之－－找尋基本粒子

wglcs9801

找尋基本粒子
                        
　　大家都做過摩擦起電的實驗吧！摩擦過的塑膠尺能吸引相距有段距離的小紙片，這力是如何不經接觸而能從尺傳遞到小紙片？
　　大家也都知道物質是由粒子組成的，但組成物質的最小粒子到底是誰？以上兩個問題的答案，就是今天我們要探討的東西-------基本粒子。
1803年道耳吞(John Dalton)根據化學實驗提出原子說------組成物質的最小粒子是原子(原子不能再分割)，直到20世紀初期為止，人們認為原子就是最基本的粒子。
1897年湯木生做陰極射線管實驗，發現了帶負電的粒子------電子。
1911年拉塞福(Ernest Rutherford)利用粒子撞擊黃金薄膜，發現原子中還有一個體積很小的粒子------原子核。由此得知原子並非最基本的粒子。
1932年查德威克(James Chadwic)在原子核中發現中子(不帶電)，由此我們知道原子核還不是最基本的粒子，而是由質子和中子組成，科學家由此認為質子，中子和已發現的電子就是基本粒子。
*但知道原子核由質子和中子組成後，卻也出現了一個問題------即質子和中子是如何結合成原子核？質子帶有一個正電荷，中子不帶電，質子之間有靜電排斥力，而質子和中子又是如何相吸呢？1935年湯川秀樹提出[介子論]，他認為在原子核如此小的範圍內，有一種遠大於電磁力的強大作用力(暫稱核力)使質子和中子結合在一起，而形成原子核。他又認為此種使質子和中子互相吸引的力只存在原子核中，且質子和中子之間一定有一種粒子負責傳遞此種力，此粒子命名為介子。
1964年葛爾曼(Murray Gellmann)和茲維格(George Zweig)各自提出質子和中子是由更小的粒子組成 ------夸克(quark)。他們認為[質子和中子都是由三個夸克形成，也認為質子帶一個正基本電荷時，夸克是帶有+2/3基本電荷(上夸克)和-1/3基本電荷(下夸克)兩種。
*我們在中學時期都學過，質子電量等於電子電量，而電子又是帶電的最小粒子，所有帶電體的電量一定是電子(質子)電量的整數倍，但夸克的電量卻是分數倍。
物理學家認為質子是由一個下夸克和兩個上夸克組成，而中子則由兩個下夸克和一個上夸克組成。且更進一步推論出：質子和中子裡的夸克彼此是以傳遞膠子(gluon)的方式結合，此種交互作用力就是結合質子和中子的[核力]的真面目，此作用力被稱為強力。







物理學家發現即使力的作用也要靠粒子的媒介傳遞，目前科學界認為宇宙存在有四種作用力：最強的強力；次之的電磁力；再次之的弱力；最弱的重力。但強力和弱力都是屬於短距離的核力，所以一般生活中都不會感受到此兩種力的存在。
1. 強力：使夸克結合的力(媒介粒子是膠子)
2. 電磁力：質子與電子具有電荷的粒子相互的作用力(媒介粒子是光子)
3. 弱力：將中子移出原子外，中子便會立即分裂成質子，電子和微中子，此種能使粒子衰變的力就是弱力(媒介粒子是W和Z粒子)
4. 重力：具有質量的物質間的一種作用力(媒介粒子是重力子)
隨著粒子加速器的使用，物理學家找到百種以上的各種粒子，但組成大自然的最基本粒子真的有如此多嗎？應該不會，所有粒子應由少數更基本的粒子組成才對。目前物理學家找到的最基本粒子有兩大類：
1. 組成物質的最基本粒子：
(a)輕子(lepton)：(1)電子型輕子：電子(e)，渺子(