基础与自然单位
基本粒子
想象拆开一只钟。钟拆成齿轮,齿轮拆成更小的弹簧和销钉,但到了某一步,你会拆到一颗实心的螺丝,它里面再没有更小的部件了——它就是一颗螺丝,从里到外都是。在自然界,相当于那颗螺丝的东西,就叫基本粒子:一种物质或力的单元,就所有实验所能判断的而言,它没有更小的部分,也完全没有内部结构。
基本粒子就是没有已知内部结构的粒子——它不是由任何更小的东西构成的。电子是典型例子:从来没有任何实验在它里面找到过任何东西,所以我们把它当作一个没有大小的真正的点。相比之下,质子看上去像一个单独的粒子,实际上却由夸克构成、靠胶子束缚在一起,所以质子是复合的,而非基本的。目前已知的基本粒子有夸克、轻子(比如电子)、传递力的玻色子,以及希格斯玻色子——用来搭建整个可见宇宙,这份清单短得出人意料。
把一个粒子称作基本,永远只是关于我们目前能探测到什么的陈述,而不是对永恒不变的断言。「基本」一词曾被用在原子身上(atom 这个词的字面意思就是「不可切分」),后来又用在质子身上,而这两者最终都被发现是有部分的。所以今天的基本粒子,若我们在更高的能量、更短的距离上去探测,说不定哪天也会显露出结构。但就目前而言,电子和夸克的行为完全像不可分割的点,而建立在这个假设上的理论运作得非常出色。
当物理学家用能达到的最高能量让电子相互轰击时,电子在远小于质子的距离上仍表现得像完美的点,看不出有任何内部部件。这就是说「电子是基本的」在实验上的含义。
在我们能探测的距离上,基本粒子不显示任何内部结构。
「基本」不等于「不可摧毁」。基本粒子没有部件,但它仍然可以被产生或湮灭,也可以转化为别的粒子,就像缪子衰变为电子和中微子那样。
又称
另见