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X17粒子攜帶暗物質的第五種力? 探訪強力、弱力主宰的量子世界

在我們浩瀚的宇宙中存在四種基本力,亦可看作四種相互作用。引力,最早由牛頓發現,他由蘋果落地的深刻洞見——萬有引力定律,引領人類迎來了科學的曙光。月球繞著地球轉,地球繞著太陽轉莫不如此。電磁力,在法拉第、麥克斯韋等

科學家

的不懈探索下,我們不僅掌握了電磁感應,書寫出了優美的麥克斯韋方程組,還運用它們發明出了電燈、電話、電動機……一座座發電站拔地而起。隨著第二次工業革命的興起,電氣時代來臨,地球彷彿煥然一新。

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引力、電磁力伴隨著我們的日常生活,這兩種基本力作用於宏觀世界,大家都十分熟悉。但另外兩種基本力強(核)力、弱(核)力,我們普通大眾卻知之甚少,不禁會問它們在我們的實際生活中有何表現呢?想滿足一下好奇心,“見識見識”強力、弱力,這可難了,因為它們根本不作用於宏觀物體。強力、弱力只在量子級的

微觀世界

才嶄露頭角。接下來,小編就用打比方的方式帶大家“參觀”一番,強相互作用與弱相互作用統治下的微觀世界。

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強力,顧名思義很“強”。的確,它是四種力中最強的,強力足足比引力強一千萬億億億億倍。正是它那強而有力的臂彎把質子和中子緊緊地擁在一起,形成原子核。我們知道物體由原子組成,原子則由原子核組成,原子核集中了整個原子絕大部分的質量。

原子核的重要性不言而喻,組成原子核的質子帶有正電。按理說,同性相斥,質子和質子要相互推攘,整個原子核應該分崩離析。在此關鍵時刻,出現了鐵腕人物,“強力”平叛,維持了穩定、統一。

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上世紀60年代,科學家發現了更基礎的粒子——夸克。強力再次用它那強而有力的臂彎將三個夸克聚在一起,形成質子或中子。在強力的作用下,三個夸克就像被膠水牢牢粘在一起似的。所以,科學家形象地把傳遞強力的介質叫做 膠子。若是,那個夸克想逃走,拆散統一的大家庭。“強力”平叛,離得越遠,那個夸克受到的強力打擊就會越大。由於強力的勁太大,產生了一種“夸克禁閉”的現象。這使科學家想得到單個的夸克難於登天,至今仍有不少科學家為此絞盡腦汁。

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弱力,作用於電子、中微子等費米子。它的傳遞介質為W、Z玻色子。我們的太陽能夠燃燒全靠它,氫聚變就是由它啟動的。

我們都知道有一類放射性元素,它們可以源源不斷向外輻射能量,而後衰變為另一種更穩定的元素。弱力在放射現象中就起主導作用。

在微觀世界中,原子總是想維持其內部穩定,為什麼它會“主動”維持自身的穩定?其實,這個問題我們不妨換個角度想想,正是因為有了穩定的原子系統,才會組成穩定的物質,進而才有了我們和我們的大千世界。換言之,“不穩定的原子”根本不可能存在於這個世界上。

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原子系統就像我們的三口之家一樣。一家人在一起總是想和和美美的。但是家務總得有人做吧。記得小時候,掃地一向是小編的家務。到了該打掃的時候,還是一成不變地坐在沙發上看電視的話,家長就會一戒尺打到我身上,喝到:“還不快去,非要我給你施加一個力,你才會動嗎?”於是,小編只得去掃地了。

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在微觀世界,三個夸克組成質子或中子,質子、中子組成原子核,核外有電子圍繞。但是,如果核外的電子少了,原子想要維持穩定,就要增加質子數,必須把組成中子的夸克改變(變“味”)一下,讓中子變為質子。像小編做家務一樣,沒有這麼自願去改變的夸克,在中子裡待得好好的,誰想動呀。

這時,家長原子生氣了,它喝到:“我們這個家庭快維繫不住了,夸克你還不改變,非要我給你一個力,你才動嗎?”說完,操起玻色子用足“弱力”就向那個夸克砸去。就這樣中子裡的夸克只得改變了。原來的中子也就變成了質子,原子又變得穩定了。而在中子轉化為質子的過程中,會釋放β粒子,β粒子組成β射線。這也就是放射性的由來。

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我們的宇宙在這四種基本力的支配下成長演化了138億年,從宇宙大爆炸到時空的盡頭,可這就是全部嗎?答案或許並非如此,人類對宇宙的認知還太稚嫩,研究顯示,我們眼中的浩瀚星辰只是宇宙中普通的可見物質,僅佔約5%,這四種基本力都是作用於這些普通物質。但整個宇宙中還有約27%的

暗物質

,與約68%更神秘的暗能量,這些物質的相互作用會產生第五種,乃至更多新的力嗎?

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2019年10月,匈牙利的核物理科研團隊驗證了一種全新的X17粒子,這種粒子可能攜帶了一種全新的力,最關鍵的是透過這第五種基本力,我們可以窺見暗物質的端倪,科學家苦心尋覓了近一個世紀的暗物質,或將由此找到突破口。

若猜想最終得到證實,新的發現又將創立出何種新理論,人類的生活會再次發生翻天覆地的改變嗎?一切皆有可能……

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