有一種叫做夸克的東西，夸克是很小很小的粒子(我們一會兒會講到它有多小)它們是物質(zhì)的基本組成部分。據(jù)我們所知，夸克本身并不是由更小的物質(zhì)構(gòu)成。隨著我們了解的越來越多，這種情況在未來可能會改變，但就目前而言已經(jīng)足夠好了。

有六種夸克，每一種都有不同但同樣古怪的名字：頂夸克、上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克和底夸克。盡管它的名字很奇怪，六胞胎中最奇怪的實(shí)際上是頂夸克。到目前為止，最常見的夸克是上夸克和下夸克。它們以三元組的形式組合在一起，形成質(zhì)子(兩個上升和一個下降)和中子(兩個下降和一個上升)，要形成質(zhì)子的正電荷和中子的中性電荷，夸克需要帶部分電荷。這聽起來很奇怪，但那只是因?yàn)槲覀冋J(rèn)為質(zhì)子和電子的電荷是基本的。事實(shí)證明，我們錯了，上夸克的電荷是+ 2 / 3，而下夸克的電荷是- 1 / 3。

更讓人困惑的是夸克出奇的輕，上夸克只有質(zhì)子質(zhì)量的0.2%，而下夸克只有質(zhì)子質(zhì)量的0.5%。那么這些微不足道的粒子是如何累積成一個巨大質(zhì)子的質(zhì)量呢？答案是把夸克綁在一起的力：強(qiáng)大的核力?？淇酥g的這種結(jié)合異常強(qiáng)烈——輕而易舉地?fù)魯×祟愃茙щ娍淇说奶烊浑姵饬ΑＳ捎谀芰亢唾|(zhì)量是一樣的(感謝愛因斯坦!)質(zhì)子的質(zhì)量實(shí)際上是由“膠水”決定的，而不是夸克本身。不是所有夸克都那么大，但是在粒子物理學(xué)的世界里，大是壞消息。巨大就像在一座又高又瘦的山頂。當(dāng)然，景色很棒，但是任何微風(fēng)的跡象都會讓你跌落到一個更穩(wěn)定的位置。穩(wěn)定意味著小——如果是一個遭受不穩(wěn)定的大粒子，你很快就會發(fā)現(xiàn)自己變成了一群小粒子。這意味著生命對于上夸克和下夸克來說是桃色的

他們最小的，所以雖然他們沒有很好的視野，但沒有任何從存在的懸崖上掉下去的危險。第二大夸克，奇特而迷人，在自然界中很少有大量存在。它們是如此巨大，以至于一開始就很難制造出來，一旦它們被某種奇特的過程制造出來，它們很快就會衰變成別的東西，只留下一段記憶。在相當(dāng)長的一段時間里，物理學(xué)家們認(rèn)為只有這四種夸克——上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克。但是在20世紀(jì)70年代早期，物理學(xué)家開始通過研究一些罕見與介子有關(guān)的衰變來懷疑這一點(diǎn)。介子是一個奇怪夸克的二重奏，要么是一個上夸克，要么是一個下夸克。為了解釋產(chǎn)生這些介子的奇特衰變，理論家們不得不猜測一對新的夸克存在，他們稱之為頂夸克和底夸克，這些新夸克比其他四個重得多(否則我們現(xiàn)在就會看到它們了)。

1977年，當(dāng)夸克5號(底部)加入已知和測量粒子的俱樂部時，尋找第六個也是最后一個(頂部)的競賽就開始了。但問題是，沒有人知道它有多大，這意味著我們不知道，在我們能拿出一個粒子加速器之前，必須制造出更強(qiáng)大的粒子加速器。每年，世界各地的研究小組都在升級設(shè)備，但每年都出現(xiàn)不足，導(dǎo)致當(dāng)時假設(shè)的粒子質(zhì)量不斷上升。直到1995年2月，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室研究人員終于宣稱發(fā)現(xiàn)了一種頂夸克，其質(zhì)量幾乎是質(zhì)子的200倍。這是對的：雖然上夸克和下夸克幾乎不做任何使質(zhì)子變成質(zhì)子的工作，但上夸克可以輕松地撞擊整個原子。頂夸克比上夸克重100萬億倍。這很好，但是為什么呢？

為什么夸克的質(zhì)量范圍如此之大？這就是希格斯玻色子的來源，希格斯玻色子與一個彌漫整個時空的場(希格斯場，有點(diǎn)像電磁場)有關(guān)，就像一種無形的膠水填充著宇宙。其他基本粒子，如電子、中微子和夸克，必須游過這個場才能從一個地方游到另一個地方?；玖Ｗ硬荒芎雎韵８袼箞鲞@一事實(shí)(通過各種各樣的數(shù)學(xué))正是它們具有質(zhì)量的原因。這倒是個線索，如果希格斯介子與質(zhì)量的概念有某種聯(lián)系，而頂夸克無疑是最重的夸克，那么希格斯玻色子和頂夸克一定是最好的朋友。這么多年來，頂夸克成為我們理解希格斯粒子的一個入口，希望通過對希格斯粒子本身的進(jìn)一步研究，能對這個神秘的大質(zhì)量頂夸克有一些了解。

博科園-科學(xué)科普｜文: Paul Sutter, Astrophysicist/LiveScience

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