全民塗鴉牆 快人快語 生活分享 愛秀圖片 我心經句 我的部落格 分享快人快語 分享生活分享 分享愛秀圖片 分享我心經句

夸克之內 別有洞天?

	分享人:	陳雪梅
	分享日期:	2013/01/13
	檢舉內容:	檢舉不當內容/回應
	回應:	有3個人說阿門
	推薦給好友:

撰文╱林肯（Don Lincoln），翻譯╱甘錫安

如果在目前已知最小的物質組成粒子內，還有尚未發現的粒子世界，物理學會發生什麼改變？
重點提要
■1869年，門得列夫（Dmitri Mendeleev）發現化學元素的性質有一定的重複模式，因此創立了元素週期表。物理學家後來認為，這種重複模式源自原子的結構。今天在粒子物理學中，或許也會出現相同的狀況。
■目前已知的12種基本粒子也有重複模式，因此可能並非真正基本，而是包含更小的粒子。物理學家暫時將這種粒子稱為「前子」（preon）。
■但是，其他證據並不支持這種可能性。歐洲核子研究組織（CERN）的大強子對撞機（LHC）和一些其他的實驗，或許可以解決這個問題。

宇宙是個既複雜又難以理解的地方。我們在空氣中行動自如，但沒辦法穿牆而過。太陽將一種元素轉變成另一種元素，讓地球沐浴在溫暖和光亮之中。無線電波可以將人類的聲音從月球表面送往地球，γ射線卻可能對我們的DNA造成無法復原的損害。從表面上看來，這些現象之間似乎互不相干，但是物理學家發現了若干原理，再整合成極度簡潔的理論，能夠解釋包含這些在內的許多現象。這項理論稱為粒子物理學的「標準模型」，涵括了使牆壁形成固體的電磁力、使太陽放射出光和熱的核力，以及現代通訊賴以運作和可能威脅人類健康的各種光波。

標準模型是史上發展得最成功的一項理論。本質上，這個模型假設無法再加以分割的物質粒子有兩種，分別是夸克和輕子。不同種類的夸克構成了質子和中子，最常見的輕子則是電子。適當比例的夸克和輕子可構成各種原子，再進一步構成宇宙中的各種物質。這些構成物質的粒子由四種力結合在一起，分別是大眾相當熟悉的重力和電磁力，以及較不熟悉的強核力及弱核力。電磁力與強、弱核力是透過交換「玻色子」來傳遞，但由微觀角度來解釋重力的各種嘗試，至今尚未成功。

標準模型還有其他問題無法解答，例如：力為什麼有四種，而不是三種或五種？基本粒子為什麼分成兩類，而不能以單一類別涵括全部的粒子？

這些問題都相當引人好奇，然而長久以來，另一個謎團一直吸引著我和許多物理學家的注意。標準模型把夸克和輕子視為不可分割的粒子，但令人驚訝的是，有許多跡象顯示，它們可能是由更小的粒子所構成。如果夸克和輕子不是最基本的粒子，而且更小的粒子確實存在，我們勢必得大幅修改我們的理論。拉塞福（Ernest Rutherford）於1911年發現原子結構之前，核能對人類而言難以想像，同樣地，進一步深入探索次原子世界，一定也會揭露我們目前想像不到的現象。

科學家要解決這個問題，必須讓粒子以極高的能量相撞。從1970年代開始觀察夸克以來，我們一直缺乏能夠一窺夸克內部的工具。但現在，歐洲核子研究組織（CERN）的大強子對撞機（LHC）正在加速運轉，將可協助我們完成這項任務。LHC日前已經發現重要的證據，證明標準模型中最後一個尚未找到的粒子——希格斯玻色子確實存在。