? ? 莊子有一句被說爛的句子，?“一尺之捶,日取其半,萬世不竭?！?說人話就是，一根棒槌每天切一半，一直切不完。其實當一個棒槌被切的非常小的時候到了分子層面，你就需要換一把”刀”了。學過化學你就知道分子由原子組成，原子在化學層面就被認為是基本單元了。

? ? 但是如果繼續(xù)解剖下去會有有意思的事情發(fā)生。

盧瑟福散射實驗

? ? 后來一段時間人們發(fā)現(xiàn)了電子，也發(fā)現(xiàn)原子會“吐”出來電子，自然原子也有他的結(jié)構(gòu)，而不是不可再分的，原子的結(jié)構(gòu)是什么樣的呢，歷史上有“葡萄干布丁”模型，但當盧瑟福用α粒子（氦He原子核）轟擊很薄的金箔（大約幾個金原子的量級），發(fā)現(xiàn)大部分的α粒子穿過金原子（入射粒子與出射粒子運動方向的角度幾乎不發(fā)生改變），少量的α粒子會發(fā)生散射，極少的α粒子會像撞到什么東西一樣發(fā)生大角度散射，如圖

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? ? 這說明原子內(nèi)部只有極小的空間有東西，絕大部分都是空的。表明原子有一個尺寸極小的核，電子散步在核的周圍。你說為什么散射的原因為什么不會是電子？大哥，α粒子的質(zhì)量是電子約8000倍，好比火車撞上你，你還能把火車頂飛了？

? ? 盧瑟福散射實驗證實了原子的核結(jié)構(gòu)。原子核是由質(zhì)子與中子構(gòu)成的，那么質(zhì)子與中子的結(jié)構(gòu)又是什么了呢。等等，為什么原子結(jié)構(gòu)說那么詳細，為什么這兒就直接原子核跳到了質(zhì)子什么了？因為盧瑟福散射的實驗思想很重要，是我們以后理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要思想指導(dǎo)。

DIS?深度非彈性散射

? ? 質(zhì)子與中子一度被我們認為是點狀粒子，也就是沒有結(jié)構(gòu)沒有尺寸的意思。因為早年我們使用電子與質(zhì)子碰撞由于電子能量比較低，我們測量的電子散射角的分布與盧瑟福散射類似。也就這么認為質(zhì)子是點狀粒子了。但是根據(jù)德布羅意波長越小粒子能量越高的關(guān)系，高能量的粒子的物質(zhì)波長小于你去撞的質(zhì)子的尺度時，something?happened，質(zhì)子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就被打開了，恭喜你，你獲得了一把DIS（Deep?Inelastic?Scattering?深度非彈性散射）的“解剖刀”。圖2?是DIS的散射截面隨著能量的變化。圖中的你發(fā)現(xiàn)能量升高，實驗值明顯偏離理論預(yù)期，也就是說質(zhì)子還有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

強子的構(gòu)成——夸克

? ? 60年代，物理學家提出“夸克”的概念，如今我們也知道質(zhì)子中子等一系列你沒聽說過的粒子（π介子，K介子，Λ超子，J/ψ粒子……）都是由夸克構(gòu)成的。目前我們夸克認為就是不可再分的基本粒子了，所以我們也暫時去你的“萬世不竭”吧?？淇擞腥╣eneration）六味（flavor），d, u, s, c, b, t,?下（down）上（up）奇異（strange）粲（charm）底（bottom）頂（top）夸克這六個。d,?s,?b,?帶-1/3的電荷。u,?c,?t,帶+2/3的電荷，我們熟知的質(zhì)子的結(jié)構(gòu)就是uud，中子udd，Λ超子uds……另外他們還有對應(yīng)的反粒子，反下、反上、反奇異、反粲、反底、反頂夸克電荷相反。自然反質(zhì)子ˉuˉuˉd，電荷-1。當然正反夸克也可以組成物質(zhì)，π+介子uˉd，電荷+1，J/ψ粒子，cˉc，電荷0，諸如此者。而上述粒子因為參與強相互作用，因而被統(tǒng)稱為強子。

夸克禁閉與漸進自由

? ? 但是我們從來沒有發(fā)現(xiàn)一個單個的夸克。為啥？因為夸克喜歡抱團，夸克除了“味道”還有“顏色”（color），當然此處的味道顏色吃不到也看不見，都是為了區(qū)別而起的名字，夸克有三種顏色，類比三原色，夸克擁有紅綠藍三色，只有無色的時候才可以是正常的物質(zhì)。夸克們因為強相互作用力而抱在一起，傳遞這種“色”力的傳播子叫做膠子（gluon）當然也有反色荷，這也就是為什么可以有正反夸克構(gòu)成的介子和夸克偶素（J/ψ粒子這種）。

這種力是一種短程力，不像電磁力，引力這種，你跑的很遠依舊感受的到。這種力是小尺度的，而且力的耦合常數(shù)（說是常數(shù)，其實會變）是變化的，我們叫做跑動耦合常數(shù)。表現(xiàn)出來是什么樣的呢，當兩個夸克靠的非常近時，夸克之間的力會非常小，而當距離增大時，這個力會非常強，有點像彈簧的感覺啊。但當你以為可以把夸克們分開時，BANG?。?！“彈簧”斷了，然后“斷裂”處從真空中“制造”出一對正反夸克對。你得到了兩根彈簧，彈簧兩頭都有一個夸克，這也就是我們?yōu)槭裁纯床坏絾蝹€夸克，因為單個夸克無法保證無色，這種情況是forbidden的。這就是傳說中的“夸克禁閉”。而前面提到的“兩個夸克靠的非常近時，夸克之間的力會非常小”就是“漸進自由”。

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新的問題——標準模型與?？淇?/strong>

? ? 當你留意到圖3夸克的質(zhì)量，而你恰好又知道質(zhì)子的質(zhì)量是0.928GeV/c2時，你會發(fā)現(xiàn)，這么多質(zhì)量跑哪去了？

? ? 想知道為什么？下次吧，寫累了，更新？隨緣，反正專欄沒人看。

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參考資料

肖振軍，呂才典?！读Ｗ游锢韺?dǎo)論》?科學出版社。

Francis Halzen, Alan D. Martin Quarks and Leptons: An Introdutory Course in Modern Particle Physics.?

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