第二課 量子物理世界的奧秘

你的所有一切都由夸克組成

你有沒有想過世界上最小的東西是什么？我們?nèi)粘＝佑|到的東西很多跟人的手掌差不多大小——我不確定這是不是一個巧合。普通尺子上最小刻度是一毫米，很大程度上是因?yàn)榇蟛糠秩硕疾荒芾斫獗人氖种贿€小的東西是什么概念。但是，假設(shè)你很喜歡做手工活兒，而且還有一個很特殊的嗜好，就是用放大鏡和特別小的刻刀往火柴棍的末端刻一棵棕櫚樹或是一頭微笑的長頸鹿。在新年的家庭聚會上，你想要拿出一個非常特別的東西出來。你希望的最小東西是什么呢？

答案是電子，我的朋友，如果我們能找到可以小到能往電子上刻東西的工具的話。當(dāng)然，沒有這種工具，因?yàn)闆]有東西比電子還小。那么僅次于電子的最小東西是什么呢？這就說來話長了。因?yàn)檫@個東西非常獨(dú)特，它叫作夸克。

夸克是一種非常迷人的東西。到目前為止，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了六種夸克，但是你只需要知道其中兩種——頂夸克和底夸克就可以了，因?yàn)樗鼈兪琴|(zhì)子和中子的組成部分——你知道的，原子核是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的。延伸開來，你所有的一切東西——你的房子、家庭、雪納瑞寵物狗——都只是夸克奇妙而精致地排列形成的。

我們是怎么知道夸克存在的呢？說到這兒，我們就不得不談到，有一種設(shè)計(jì)得非常精巧的工具，叫作粒子對撞機(jī)，來幫我們解決這個問題。最新推出的粒子對撞機(jī)是舉世聞名的大型強(qiáng)子對撞機(jī)（Large Hadron Collider），簡稱為LHC。

如果這名字聽起來讓你不知所云，那么就請你把它想象成一種顯微鏡，透過它，你可以看到一個極小世界里的奇異景象。我們知道光學(xué)顯微鏡能達(dá)到的最高分辨率是0.01納米，這樣的尺度小到可以看到大一點(diǎn)的病毒，比如埃博拉病毒。一個電子顯微鏡能辨別比病毒小1000倍的物體，比如碳原子。但是想要研究比原子還要小的物質(zhì)——夸克比原子還要小10億倍——你需要完全不同的方法。聽起來很不可思議，但是大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）的方法就是讓兩個質(zhì)子高速對撞后，看看殘骸中都有些什么……