蘇教版八年級下冊《叫三聲夸克》課文

　叫三聲夸克

　卞毓麟

有一種禮品盒，看上去只是一個盒子，不知道里面是空的，還是裝了什麼東西。打開來看看，裏面又是一個盒子。好奇心驅使，打開這個盒子，裏面仍然是一個盒子……，盒子裏裝盒子，不知道最裏面的盒子裏面到底是什麼。

物理學家在研究物質結構的時候，也遇到了一個類似的問題：最裏面的是什麼?

世界上的物質千千萬，石頭、鐵、空氣、水……形態不同，性質各異，但有一點是相同的，最小單位都是原子。鐵的最小單位是鐵原子，氫的最小單位是氫分子;水的最小單位是水分子，不過，水分子是由兩個氫原子和一個氧原子組成的。

世界上的物質千千萬，分到最小的單位，分到原子這一步就算到頭了。自古以來都認爲原子是不可再分的了。

到了19世紀末，X射線的發現促使人們思考，是不是盒子裏還有一個盒子?果然，進入20世紀以後，人們發現原子不是最小單位，在原子內部，外圍是電子，中心是原子核。原子的質量幾乎全部集中在原子核。原子核本身卻十分微小，大約10萬個原子核排成一條直線才相當於一個原子的直徑。

好奇心驅使科學家進一步研究原子核的結構，發現原子核是由質子和中子組成的。人們產生了一個新的看法：原子是由電子、質子和中子等基本粒子構成的。把這些粒子叫做“基本粒子”，好像是說原子這個盒子裏，也就是這種些東西了。

可是，後來科學家在宇宙線中發現了一些新的粒子，在實驗室裏，在加速器中發現了更多的粒子，基本粒子的數量猛增到300多種，據新報道說，已經達到了700多種。

物理學家分別爲這些微小的粒子取了一個名字：光子、介子、中微子、用字母命名的K子以及什麼什麼子……還測定了它們的質量是多少，帶有什麼樣的電荷，如何自旋(左旋還是右旋)，壽命多長，就像調查戶口似的，記入了檔案，再加以分析。

經過分析，發現大多數基本粒子是不穩定的，壽命很短，很容易轉化爲其他基本粒子。這些基本粒子的質量大小差別很大，可以根據質量大小來分類。還有另一種分類方法，它把基本粒子分爲兩類，一類是輕子，另一類是強子。

電子和中微子屬於輕子，輕子的數量比較少;絕大多數的基本粒子都屬於強子，其中包括質子和中子。面對數量如此之多的強子，科學家們又在思考了。

這又是一個“盒子裏還有盒子嗎”一類的問題，科學家從實驗裏已經感覺到，強子內部有結構。這好比拿起盒子搖一搖，聽到響動，可以初步判定盒子裏有東西。

這時候，科學家充分發揮了想像力。美國科學家蓋耳曼提出了一個“夸克模型”，說是所有的強子都是由3種夸克構成的。

夸克是譯音，意思是海鳥的叫聲。因爲在長詩《芬尼根之覺醒》中有一句話：“向麥克老人三呼夸克。”蓋耳曼把夸克借用過來，無非是一語雙關，說明每一個強子都有3種夸克。

想像固然浪漫，蓋耳曼的理論被大多數人接受了。這等於承認了盒子裏有東西。

知道了有夸克這種物質，那就得把它找出來。要把想像中的夸克變成真實的夸克並不容易，找了20年，也沒有發現夸克的蹤跡。人們有點泄氣了。沒想到1976年，旅美華人科學家丁肇中發現了J粒子。J粒子的J與中文的丁字非常相似，這也給這種新粒子命名的妙處。新粒子的發現，引起種種猜測，J粒子是不是第四種夸克?這一發現，又喚起了尋找夸克的熱情。

1976年以後，對夸克又有了新的認識，說夸克不止3種，還有第四、第五、第六種，理論更深入更復雜。

這時又有一種說法：爲什麼夸克不能脫離其他粒子而獨立存在呢?這真是怪事，彷彿士兵犯了錯誤被禁閉而失去了自由，難道就沒有一個自由夸克嗎?

還有人說，物質的最小結構也許就到此爲止了。盒子裏裝盒子，發現的盒子已不少了，按順序是原子——原子核——強子——夸克。

在研究夸克的時候，發現夸克與3這個數字特別有緣，3呼夸克，3種夸克;夸克的種類多了以後，夸克又可以分成3組，人們把這種組叫做“代”，也就是夸克有3代。

可是，夸克的第三代裏還缺一個夸克，科學家假設它叫頂夸克。1994年4月6日，在費米實驗室，終於發現了頂夸克的存在。

在費米實驗室，有一個加速器，地下的環形隧道長達6.4千米。在長達8年的時間裏，先後有900名科學家在這裏工作，終於找到了頂夸克。這一發現，證實了夸克是存在的，證實了頂夸克是第三代。

新的發現，帶來了新的希望，也帶來了新的問題：

“3”字有什麼意義?

爲什麼只證實了頂夸克的存在?

而最基本的問題仍然是：物質的最小結構就是夸克嗎?

盒子裏還有盒子嗎?