中微子和夸克：一篇文章读懂 中微子 夸克
中微子和夸克：一篇文章读懂 中微子 夸克一个质子里包含有两个上夸克和一个下夸克（见图17-3（a）），而一个中子里则是包含着两个下夸克和一个上夸克（见图17-3（b））。所以质子的电荷为 1，而中子的电荷为0。夸克的电荷是分数。上、粲及顶夸克（这三种叫“上型夸克”）的电荷为 2⁄3，而下、奇及底夸克（这三种叫“下型夸克”）的则为−1⁄3。图片来自网络由三个夸克组合成的粒子称为“重子”，质子和中子就是重子。每个重子都是由3 个夸克组成，同时每一个夸克都各具有一种颜色。当三个夸克组合在一起时，红、绿、蓝相互抵消，变成“无色”，色荷守恒，于是他们就结合在一起了。由一个夸克和一个反夸克组成的粒子叫“介子”。比如红色夸克和反红色夸克结合，红色和反红色相互抵消，也变成“无色”的介子。重子和介子一起被合称为强子。
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夸克和电子的体积是最困扰我的一个问题。华裔诺贝尔奖得主、粒子物理学家丁肇中在演讲中多次提到，从理论上来讲，夸克和电子都是点粒子，其直径或体积应该为零。他在实验中测出电子直径至少是小于10−19m 的，但是我的头脑中实在无法想象体积为零的粒子是一个什么图像。也许只能这么理解：既然它们没有内部结构，那就应该没有体积（不过超弦理论已经打破了这种点粒子的观点，以后章节将会详述）。
宇宙中存在有6 种不同类型的夸克，我们分别将之称为上、下、奇、粲、底、顶夸克。每种夸克都带有3 种“色荷”——红、绿、蓝。当然，所谓这些颜色仅仅只是借用红、绿、蓝这三个词而已，并非夸克真的有颜色。色荷可以和电荷类比，就像电荷有正、负两种类型一样，色荷有红、绿、蓝三种类型。由于夸克有6 种类型，每种类型有3 种“颜色”，所以共有18 种夸克。
夸克的色荷在强相互作用中守恒，因此，色荷是强力的源。两个夸克之间通过交换“胶子”而发生强相互作用。
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由三个夸克组合成的粒子称为“重子”，质子和中子就是重子。每个重子都是由3 个夸克组成，同时每一个夸克都各具有一种颜色。当三个夸克组合在一起时，红、绿、蓝相互抵消，变成“无色”，色荷守恒，于是他们就结合在一起了。
由一个夸克和一个反夸克组成的粒子叫“介子”。比如红色夸克和反红色夸克结合，红色和反红色相互抵消，也变成“无色”的介子。重子和介子一起被合称为强子。
夸克的电荷是分数。上、粲及顶夸克（这三种叫“上型夸克”）的电荷为 2⁄3，而下、奇及底夸克（这三种叫“下型夸克”）的则为−1⁄3。
一个质子里包含有两个上夸克和一个下夸克（见图17-3（a）），而一个中子里则是包含着两个下夸克和一个上夸克（见图17-3（b））。所以质子的电荷为 1，而中子的电荷为0。
图17-3 一个质子包含两个上夸克和一个下夸克，一个中子包含两个下夸克和一个上夸克
17.4 世界的基石：轻子
轻子是对电子和它的两个伙伴，以及它们对应的中微子的总称。包括电子、μ 子、τ 子以及电子中微子、μ 子中微子、τ 子中微子等6 种基本粒子，加上它们的反粒子，共计12 种轻子。轻子都是基本粒子，没有内部结构。
前文已经提到过，英国物理学家汤姆逊在1897 年发现了电子，并确定电子是一种基本粒子。
1937 年，人们在研究宇宙射线时发现了μ 子。可以说μ 子就是一个胖电子，它的质量是电子的207 倍，其他性质则和电子相同。在穿过地球的宇宙射线中有大量的μ 子，此时此刻就不断地有μ 子从我们的身体中穿过。μ 子的寿命很短，它很快就会衰变成一个μ 子中微子、一个电子和一个反电子中微子。
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1976 年，物理学家们又发现了一个更胖的“电子”，它的质量是电子的3479 倍，其他性质则和电子相同，这个粒子被命名为τ 子。τ 子虽然属于轻子，但它的质量并不轻，它的质量已经达到了质子的1.9 倍。τ 子也会迅速衰变，它有三种可能衰变的途径：64.8% 的概率会衰变成τ 子中微子和反π 介子；17.84% 的概率会衰变成τ 子中微子、电子和电子中微子；17.36% 的概率会衰变成 τ 子中微子、μ 子和μ 子中微子。
17.5 四种基本力和力的传递粒子
通常把物体之间的相互作用称为力。物理学家们发现，自然界中所有的相互作用都可以归结为四种基本力的组合，这四种基本作用力是：引力、电磁力、强力和弱力。
1. 引力
引力就是大家常说的万有引力，有质量或者能量的任何物体都会感受到引力。引力对我们来讲是非常重要的，它不但让我们能牢固地脚踏大地，而且还维持着地球绕着太阳转。与其他三种力相比，引力非常非常弱，要小三十多个数量级。物体质量有多大，决定了它能产生多强的引力以及对引力有多大的反应。所以小质量物体间的引力小到可以忽略不计，这就是为什么两个人之间感受不到对方引力的原因。好在地球和太阳的质量足够大，所以地球能被太阳牢牢地吸引住。
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有趣的是，实验证明引力是以光速传播的。假如太阳突然消失了，地球并不会马上陷入灾难，它还会照样公转，直到大约8min 后地球才会感受到太阳引力的消失，那时才会出现灾难。
计算引力的公式大家都熟悉，就是牛顿的万有引力定律：
