一人被夸克級的細絲截斷脖子還能活著嗎?

導讀:一人被夸克級的細絲截斷脖子還能活著嗎?首先這個問題幾乎不能成立,因為夸克現在沒有被單獨分離。因為夸克緊閉的原因,也無法做到這一點。那麼就算加入有夸克級別細絲割脖子,人會死嗎?

一條夸克構成的細絲,其實由於夸克緊閉,夸克無法單獨構成細絲,而且帶色荷的夸克被限制和其它夸克在一起(兩個或三個組成一個粒子),使得總色荷為零。而且夸克之間的作用力隨著距離的增加而增加,因此而不能發現單獨存在的夸克。

一人被夸克級的細絲截斷脖子還能活著嗎?

假設這條夸克細絲存在,那麼它的直徑遠小於質子,兩個上夸克+一個下夸克構成了質子,其中夸克只佔質子質量很小的一部分,那麼質子的質量哪裡來?來自與夸克之間的結合能,因此當原子核聚變時,質子數量不變,但質量差產生了,這個虧損的質量就來自於夸克間的結合能。

一人被夸克級的細絲截斷脖子還能活著嗎?

遠小於質子的夸克細絲它無法破壞質子,這是因為夸克緊閉的存在!而強作用力存在也不可能讓質子之間相互分離,夸克與質子以上的電磁作用裡沒啥關係,所以這條細絲無論怎麼切割,又或者無論切割多少次,它對人體沒有影響,人體對它來說就像是空氣,或者它對人體來說就是一個無法感知的。

一人被夸克級的細絲截斷脖子還能活著嗎?


人體每平方釐米的皮膚,每秒有超過650億個中微子穿透,人體已經被它轟擊成了篩子,但我們沒有任何感覺,而夸克細絲的影響可能比中微子要大那麼一些(它參與強相互作用),但仍然不會有任何問題。我們現在能夠製造出的直徑最小的“細絲”為納米管,其直徑大小級別為10^(-7)m,這與夸克直徑大小相比仍然粗了許多許多。假如我們現在能夠製造出夸克級別的細線,那麼和人體細胞組成的原子大小相比,將會與之相差1億倍。如果把人身體原子中的夸克看成直徑1釐米的小球,也就是說夸克級別的細絲直徑與這個大小相當,那麼身體中原子的直徑大小將為10公里,而與原子之間的空間,將會有10萬公里。那麼,用夸克級別的細絲穿過人體,碰到身體原子的幾率幾乎可以忽略,根本不可能對原子本身或者原子與原子之間的作用力產生任何影響。

一人被夸克級的細絲截斷脖子還能活著嗎?


夸克與電子,中微子等都屬於基本粒子,非常非常微小。實際情況是這樣的,我們的身體每時每刻都在被中微子穿透,每秒被上億個中微子穿透,但我們毫無感覺,也沒有任何傷害。夸克級別的細絲穿透我們身體同樣不會有問題。

絕大部分穿透我們身體的中微子都像旅行者一號在空曠的宇宙飛行那樣,在虛空中飛行過去,碰撞到原子核電子的幾率是非常低的,即使偶爾碰到了微觀粒子,帶來的影響也是微乎其微的,畢竟我們身體內有如此多的原子,甚至還沒有太陽光照射到我們身體帶來的影響更大。

而事實上我們每天都會被太陽光照射,但基本上不會有大的影響,甚至我們還非常享受太陽光的照射!


一人被夸克級的細絲截斷脖子還能活著嗎?


關於夸克的相關知識,可以看看下文:

夸克(英語:quark)是一種基本粒子,也是構成物質的基本單元。夸克互相結合,形成一種複合粒子,叫強子,強子中最穩定的是質子和中子,它們是構成原子核的單元。

由於一種叫“夸克禁閉”的現象,夸克不能夠直接被觀測到,或是被分離出來;只能夠在強子裡面找到夸克。因為這個原因,人類對夸克的所知大都是來自對強子的觀測。

所有的中子都是由三個夸克組成的,反中子則是由三個相應的反夸克組成的,比如質子,中子。質子由兩個上夸克和一個下夸克組成,中子是由兩個下夸克和一個上夸克組成。

夸克有六種“味”,分別是上、下、粲、奇、底及頂。上及下夸克的質量是所有夸克中最低的。較重的夸克會通過一個叫粒子衰變的過程,來迅速地變成上或下夸克。粒子衰變是一個從高質量態變成低質量態的過程。就是因為這個原因,上及下夸克一般來說很穩定,所以它們在宇宙中很常見,而奇、粲、頂及底則只能經由高能粒子的碰撞產生(例如宇宙射線及粒子加速器)。

靈遁者量子力學科普書籍《見微知著》在靈遁者淘寶有。

夸克有著多種不同的內在特性,包括電荷、色荷、自旋及質量等。在標準模型中,夸克是唯一一種能經受全部四種基本相互作用的基本粒子,基本相互作用有時會被稱為“基本力”(電磁、重力、強相互作用及弱相互作用)。

夸克同時是現時已知唯一一種基本電荷非整數的粒子。通過上面的圖,就可以看出這點。

夸克每一種味都有一種對應的反粒子,叫反夸克,在對應的夸克符號上加一橫作為標記,例如u代表反上夸克。跟一般反物質一樣,反夸克跟對應的夸克有著相同的質量、平均壽命及自旋,但兩者的電荷及其他荷的正負則相反。

一人被夸克級的細絲截斷脖子還能活著嗎?


夸克模型分別由默裡·蓋爾曼與喬治·茨威格於1964年獨立地提出。引入夸克這一概念,是為了能更好地整理各種強子,而當時並沒有什麼能證實夸克存在的物理證據,直到1968年SLAC開發出深度非彈性散射(英語:Deep inelastic scattering)實驗為止。

夸克的六種味已經全部被加速器實驗所觀測到;而於1995年在費米實驗室被觀測到的頂夸克,是最後發現的一種。

夸克的自旋為1⁄2,因此根據自旋統計定理,它們是費米子。它們遵守泡利不相容原理,即兩個相同的費米子,不能同時擁有相同的量子態。這點跟玻色子相反(擁有整數自旋的粒子),在相同的量子態上,相同的玻色子沒有數量限制。

跟輕子不同的是,夸克擁有色荷,因此它們會參與強相互作用。因為這種夸克間吸引力的關係,而形成的複合粒子,叫做“強子”。

一人被夸克級的細絲截斷脖子還能活著嗎?

在強子中決定量子數的夸克叫“價夸克”;除了這些夸克,任何強子都可以含有無限量的虛(或“海”)夸克、反夸克,及不影響其量子數的膠子。

強子分兩種:帶三個價夸克的重子,及帶一個價夸克和一個反價夸克的介子。最常見的重子是質子和中子,它們是構成原子核的基礎材料。我們已經知道有很多不同的強子。它們的不同點在於其所含的夸克,及這些內含物所賦予的性質。

基本費米子被分成三代,每一代由兩個輕子和兩個夸克組成。第一代有上及下夸克,第二代有奇及粲夸克,而第三代則有頂及底夸克。過去所有搜尋第四代基本粒子的研究均以失敗告終,又有有力的間接證據支持不會有超過三代。代數較高的粒子,一般會有較大的質量及較低的穩定性,於是它們會通過弱相互作用,衰變成代數較低的粒子。在自然中,只有第一代夸克(上及下)是常見的。較重的夸克只能通過高能碰撞來生成(例如宇宙射線),而且它們很快就會衰變;然而,科學家們相信大爆炸後,第一秒的最早部分會存有重夸克,那時宇宙處於溫度及密度極高的狀態(夸克時期)。重夸克的實驗研究都在人工的環境下進行,例如粒子加速器。

一人被夸克級的細絲截斷脖子還能活著嗎?


在夸克理論的初期,當時的“粒子動物園(英語:Particle zoo)”除了其他各種粒子,還包括了許多強子。蓋爾曼和茨威格假定它們不是基本粒子,而是由夸克和反夸克組成的。在他們的模型中,夸克有三種味,分別是上、下及奇,他們把電荷及自旋等性質都歸因於這些味。

初時物理學界對於這份提案的意見不一。當時學界對於夸克的本質有所爭論,一方認為夸克是物理實體,另一方則認為,它只是用來解釋當時未明物理的抽象概念而已。

一人被夸克級的細絲截斷脖子還能活著嗎?

在一年之內,就有人提出了蓋爾曼-茨威格模型的延伸方案。謝爾登·李·格拉肖和詹姆斯·布約肯(英語:James Bjorken)(James Bjorken)預測有第四種夸克存在,他們把它叫做“粲”。

加上第四種夸克的原因有三:

一、能更好地描述弱相互作用(導致夸克衰變的機制);

二、夸克的數量會變得與當時已知的輕子數量一樣;

三、三、能產生一條質量方程,可以計算出已知介子的質量。

後來斯坦福線性加速器中心(SLAC)深度非彈性散射實驗在1968年指出,質子含有比自己小得多的點狀物,因此質子並非基本粒子。物理學家當時並不願意把這些物體視為夸克,反而叫它們做“成子——一個由理查德·費曼所創造的新詞。

隨著更多味的發現,在SLAC所觀測到的粒子後來被鑑定為上及下夸克。不過,“成子”一詞到現在還在使用,是重子構成物(夸克、反夸克和膠子)的總稱。

一人被夸克級的細絲截斷脖子還能活著嗎?

奇夸克的存在由SLAC的散射實驗間接證實:奇夸克不但是蓋爾曼和茨威格三夸克模型的必要部分,而且還解釋到1947年從宇宙射線中發現的K和π強子。

在1971年的一份論文中,格拉肖、約翰·李爾普羅斯和盧奇亞諾·馬伊阿尼(Luciano Maiani)一起對當時尚未發現的粲夸克,提出更多它存在的理據。

到1973年,小林誠和益川敏英指出再加一對夸克,就能解釋實驗中觀測到的CP破壞,於是夸克應有的味被提升到現時的六種。

粲夸克在1974年被兩個研究小組幾乎同時發現(見十一月革命)——一組在SLAC,由伯頓·里克特領導;而另一組則在布魯克黑文國家實驗室,由丁肇中領導。觀測到的粲夸克在介子裡面,與一個反粲夸克束縛(Bound state)在一起。兩組分別為這種介子起了不同的名子:J及ψ;因此這種粒子的正式名子叫J/ψ介子。這個發現終於使物理學界相信夸克模型是正確的。

底夸克在1977年被利昂·萊德曼領導的費米實驗室研究小組觀測到。這是一個代表頂夸克存在的有力征兆:沒有頂夸克的話,底夸克就沒有伴侶。然而一直都沒有觀測到頂夸克,直至1995年,終於被費米實驗室的CDF(英語:Collider Detector at Fermilab)及DØ(英語:D0 experiment)小組觀測到。它的質量比之前預料的要大得多——幾乎跟金原子一樣重。

一人被夸克級的細絲截斷脖子還能活著嗎?


摘自獨立學者靈遁者物理科普書籍《見微知著》


分享到:


相關文章: