第209章 粒子应用

    然而，让华枫略微觉得头疼的还在后面，他半强迫性的把这些东西记下，这是个漫长的过程，即便对现在的他来说。

    “强子族本身又再分为两类。由三个夸克构成的粒子叫做重子，就是我们常说的‘物质’粒子，包括质子和中子(重子和轻子都是费米子族的成员，费米子实际上是普通物质粒子的别称)。由成对的夸克构成的粒子叫做介子，它们是携带基本力的粒子，尽管还有其他的介子(这些力的载体和其他介子又称为玻色子)。

    只需要两种夸克(它们的名字很怪，叫做‘上’夸克和‘下’夸克)就能解释质子和中子的结构。一个质子由通过强力维持在一起的两个上夸克和一个下夸克构成，而一个中子由通过强力维持在一起的两个下夸克和一个上夸克构成。

    力本身可视为胶子的交换，而胶子本身又由夸克对组成，因而是介子。”老师的声音在持续……

    正如轻子族复制了三代，夸克族也如此。虽然只需要两种夸克来解释质子和中子的本质，但复制的两代夸克却一代比一代重，其中一代叫做‘奇’夸克和‘粲’夸克，最重的一代叫做‘底’夸克和‘顶’夸克。和重轻子一样，这些粒子能够在高能实验中产生(因而大爆炸时必定大量存在过)，但迅速衰变成它们的较轻对应物。虽然不可能分离出单个夸克，但粒子加速器实验已经提供了夸克族所有这六个成员存在的直接证据；最后一种(顶)夸克是芝加哥费密实验室的科学家于2007年找到的。

    对夸克的质量和其他性质的研究表明，不可能有更多代的夸克，只能有三族夸克和三族轻子。幸而标准大爆炸模型也认为不可能存在多于三代的粒子；不然的话，极早期宇宙中额外中微子造成的压力应该驱动宇宙过快地膨胀，从而使留存下来的氦含量与极年老恒星的观测结果不符(见aβγ理论、核合成)。这是最美妙的证据之一，表明粒子物理学和宇宙学两者的标准模型对宇宙行为的描述，都同基本真理相去不远。

    但是，除了大爆炸的最早片刻之外，第二和第三代粒子在宇宙的演化或其内容物的行为中基本不起作用。我们在宇宙中看到的每样东西都能用两种夸克(上和下)和两种轻子(电子和电子中微子)加以说明；确实，由于单个的夸克不能独立存在，我们看到的每样东西的行为，仍然能够用1932年就已经知道的电子、中子和质子再加上电子中微子，以及四种基本力，相当准确地予以近似说明。

    英国剑桥大学日前发布新闻公报说，该校研究人员和伯明翰大学的同行合作完成了这项研究。公报称，电子通常被认为不可分。但1981年有物理学家提出，在某些特殊条件下电子可分裂为带磁的自旋子和带电的空穴子。

    剑桥大学研究人员将极细的“量子金属丝”置于一块金属平板上方，控制其间距离为约30个原子宽度，并将它们置于约零下273摄氏度的超低温环境下，然后改变外加磁场，发现金属板上的电子在通过量子隧穿效应跳跃到金属丝上时分裂成了自旋子和空穴子。

    研究人员说，人们对电子性质的研究曾掀起了半导体革命，使计算机产业飞速发展，又出现了实际研究自旋子和空穴子性质的机会，这可能会促进下一代量子计算机的发展，带来新一轮的计算机革命。

    2009年03月27日搜狐科学消息据美国《国家地理》杂志报道，科学家这周宣布，他们在美国伊利诺斯州的费米国家加速器实验室里发现了一种奇异的新粒子，完无法用现有理论对它进行解释，它将可能打破现有物质构成的所有已知规则。这个新发现的粒子称为y(4140)，它不符合二种物质构成的已知模式，甚至科学家还没有确定y(4140)是由什么组成的。

    科学家一直认为夸克能以各种行之有效的方式结合在一起形成其他较大的亚原子粒子，一种模式是由夸克反夸克对

    对形成的介子，另一种模式是由3个夸克组成的重子，如质子和中子。“但我们发现的这种新粒子不属于这些夸克组合，这令人惊奇，”美国佛州大学的雅各布·科尼格斯伯格说，“据我们所知，如果你试图将夸克反夸克对组合在一起，你不可能建造出这种粒子。”

    粒子物理学家表示，此次发现的y(4140)粒子是这些实验室观察到的具有类似非常规属性的粒子家族成员之一，是由二束粒子以近光速的速度彼此剧烈碰撞产生的，这样发现新粒子y(4140)的机率大约为百亿亿分之二十。费米实验室的科学家发现，y(4140)粒子在衰变过程中常常产生包含有一个底夸克(称为b介子)的粒子。对费米实验室的数万亿次质子和反质子碰撞进行筛选后，科学家们确定了一个以非常规方式衰变的b介子的小样本。进一步分析表明，这些b介子可衰变成y(4140)。此外，科学家还发现y(4140)粒子可衰变成一对其他粒子———j/psi和phi粒子，物理学家认为它可能是一个粲数和反粲数夸克组合。但是，对于这样的一个构成来说，其衰变特性有违常规。

    日本高能实验室发言人、物理学家山内正则说，这是首次证实一个新的意想不到的y态新粒子可衰变为j/psi和phi粒子。这个y态可能和之前他们发现的y(3940)有关，也可能是含有粲数夸克的外来强子的又一个例证。这些外来的夸克组合不属于已知的介子和重子，理论物理学家正在对它们的真实性质进行破解，实验人员也在继续努力寻找更多这样的粒子。

    这一新粒子的发现向那些深谙夸克如何结合形成物质的粒子物理学家发出了挑战。加上美国宣布发现了罕见的单顶夸克和其它几项发现，物理学家实际上离寻获希格斯玻色子（所谓的上帝粒子）已越来越近了，但他们现不得不重新思考物质是如何构成的。此研究成果发表在最新一期出版的《物理评论快报》上。

    但宇宙中的东西大概比我们看到的要多；观测和理论两方面都有理由认为，宇宙中的暗物质比亮物质要多得多。暗物质的很大部分可能是既非强子、亦非轻子的粒子。

    粒子束武器是利用加速器把质子和中子等粒子加速到数万—20万k/s的高速，并通过电极或磁集束形成非常细的粒子束流发射出去，用于轰击目标。

    按粒子是否带电可分为带电粒子束武器和中性粒子束武器。粒子束武器在太空可以破坏数十公里以外的目标；但在大气中威力衰减，只能攻击数公里以外的目标。

    21世纪，武器的发展已经进入原子和分子世界，核武器就是应用了原子理论。原子物质中央的质子带正电，电子带负电，中子是中性的。被称为粒子的物质是指电子、质子、中子和其它带正、负电的离子。粒子只有被加速到光速才能作为武器使用。粒子束发射到空间，可熔化或破坏目标，而且在命中目标后，还会发生二次磁场作用，对目标进行破坏。

    粒子束武器发射出高能定向强流、接近光速的亚原子束（带电粒子束和中性粒子束），以巨大的动能击毁卫星和来袭的洲际弹道。即使不能直接摧毁核弹头，粒子束产生的强大电磁场脉冲热也会把的电子设备烧毁，或利用目标周围发生的γ射线和x射线使目标的电子设备失效或受到破坏。带电粒子束武器通常在大气层内使用。中性粒子束武器在大气层外使用，主要用于拦截助推段和中段飞行的洲际弹道。

    无论是带电粒子束武器还是中性粒子束武器，作为一种武器系统，它们主要由五大部分组成粒子束生成装置，能源系统，预警系统，目标跟踪与瞄准系统，指挥与控制系统。其中，最能说明该武器特征的部分是粒子加速器和能源系统，现简要介绍如下

    1、粒子束生成装置

    高能粒子束生成装置是整个粒子束武器系统的核心部分。它用来产生高能粒子束，并聚集

    成狭窄的束流，使其具有足够的能量和足够的强度。

    粒子束生成装置，主要包括粒子源、粒子注入器、加速器等设备。其中最主要的是研究适合武器使用的高能粒子加速器。感应直线加速器、电子感应加速器、射频直线加速器都有可能作为高能粒子加速器。

    现有民用粒子加速器的技术虽可借鉴，但由于它过分笨重，根本无法作为武器系统使用。美国费米国家实验室使用的5000亿电子伏特质子加速器，仅其中主加速器的直径就达2千米左右，它的两极转弯磁铁，每块长6米，重13吨；4级聚焦磁铁长2米，重约4吨；两种磁铁加起来有1000多块，共同构成一个周长达6千米之多的大环，安放在地下6米深的隧道中。

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