夸克是构成物质的最小单位,一个夸克到底有多小?

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正所谓“一尺之锤,日取其半,万世不竭”,在我们的想象中,无论多小的物体似乎都可以由更小的东西组成。正因为如此,从古到今,人们对“构成物质的最小单位”一直都充满了好奇。

在过去很长的一段时间内,人们都认为原子就是构成物质的最小单位,一直到19世纪末,科学家才发现了原子其实还可以再分为原子核以及围绕着原子核运动的电子。在随后的研究工作中,科学家又发现了原子核是由质子和中子构成。

上个世纪30年代,粒子加速器的发明,使科学家们又有了新的手段来探索更小的物质单位,他们将质子、中子等亚原子粒子加速到极高的速度,然后让它们正面对撞,从而在撞击产生的碎片中找到了更小的物质单位。

时至今日,关于微观世界,科学家给我们的答案是:物质是由原子构成,原子是由原子核和电子构成,原子核是由质子和中子构成,质子和中子又是由夸克组成。

那么再小下去又是什么样子呢?很遗憾,现在的观测水平并不能给出完美的答案,因此就目前来看,我们只能说夸克是构成物质的最小单位。

那么问题就来了,一个夸克到底有多小?

我们之所以能够看到东西,是因为我们的眼睛感受到了从物体表面反射回来的可见光,如果没有可见光,我们就什么都看不见。

事实上,可见光的光波最短就只有几百纳米(1纳米等于10^-9米),而即使是“很大的”原子,它的尺寸都是属于10^-10米的级别。这就意味着,我们连原子都无法直接看到,更别谈像夸克这种级别的微观粒子了。

那科学家是如何观察夸克的呢?

想象一下,假设在宏观世界中,有一个物体不会反射任何的可见光,也就是说我们看不见这个物体。在这种情形下,我们有没有其他的方法来观察它呢?很显然,答案是肯定的:虽然我们看不到它,但是我们可以用手去摸它。

但要是因为某种原因,我们不可能摸到这个物体呢?其实还有办法,那就是我们可以不停地向这个物体扔出大量的乒乓球,然后通过对这些乒乓球击中(或没击中)这个物体的各种反馈信息,来分析出这个物体的形状、大小等相关信息。

同样的道理,在微观领域中,对于原子尺寸的级别,科学家可以用技术手段来“摸”到观察对象(例如扫描隧道显微镜),而对于更小级别的观察对象,除了使用非常精密的探测仪器之外,就只能用上述的第二种方法了。

他们向观察对象发射出大量可探测的已知粒子(例如电子、光子等),然而通过各种精密仪器来得到这些已知粒子的反馈信息,从而分析出观察目标的各种物理属性。

这种方法说起来简单,但因为夸克实在是太小了,所以实际操作起来非常的难,科学家花了很长的时间,才得出了一个不是很精确的数据,即夸克的半径大约为0.43 x 10^-18米。

顺便讲一下,其实大多数科学家都认为,以现在的科技水平,讨论夸克的尺寸是没有什么实际意义的,为了方便研究,他们更倾向于将夸克、电子等基本粒子视为一个“点”。


好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见`

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夸克是构成物质的最小单位,一个夸克到底有多小?
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