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第三章 朝夕与永恒 6 粒子的一生（第2页）

在标准模型中，一切都归结于粒子。

组成物质的粒子分为两大类，一类是六种夸克，另一类是六种轻子，每大类有三“代”

，每“代”

又有两种。

夸克的三代两种为：上夸克和下夸克、粲夸克和奇夸克、顶夸克和美夸克（2），都带电荷。

轻子的三代两种包括带电荷的电子、缈子、陶子及各自对应的不带电荷的中微子。

夸克和轻子原本互不往来，不会主动相互混合，就像莎士比亚的《罗密欧与朱丽叶》中互为世仇的凯普莱特家族和蒙太古家族。

它们需要拥有某种力量的另一个“家族”

从中调和——第三家族的成员与二者的全部或部分成员有互动，如此二者之间才会产生运动和混合。

这样的“调和者”

包括：光子，传递对所有带电粒子起作用的电磁力；胶子，传递强力，与夸克作用而不与轻子作用，因为夸克带电荷而轻子不带；媒介向量玻色子W和Z，它们传递弱力，既与夸克作用又与轻子作用，因为二者都有弱同位旋；最后是有点儿落单的希格斯玻色子，它与其他粒子相互作用，定义其质量。

标准模型中的粒子非常小，使用通常的度量单位是没有意义的，因为那会让数字小到十分不便。

这些物体很小，以至我们都还不能确定它们究竟是点状还是有一定的维度。

例如，如果夸克和轻子有内在结构，那它应该在10-19米以下。

质量也一样。

以千克为单位去描述电子的质量就得写成9.1×10-31千克，为了方便起见，我们一般以千兆电子伏特（GeV）（3）为单位来描述电子的质量。

最重的基本粒子顶夸克的质量大约相当于173GeV，其他粒子都比它轻，中微子等粒子更是轻中之轻。

基本粒子运动在极微小的世界中，这里是狭义相对论和量子力学统治的国度。

把电子加速到接近光速就像小孩玩游戏一样，因为它带电荷，所以加速起来非常容易，只要将其放在真空中并加上强电场，就能让它获得很高的速度。

实现这一目标也不需要高精尖设备，医院里的X光机就能让电子以12光速射出从而产生X射线。

无穷小尺度上的物理规则控制着这些又小又轻的粒子，从中所产生的行为与我们习惯的行为大相径庭，显得十分怪异。

不管是系统状态、时空，还是质量、能量，在基本粒子的世界中，一切都变得古怪起来。

暴增的质量和极度拉伸的时间

把很轻的电子加速到接近光速只需要一个强电场。

这就是现代粒子加速器的原理，它能产生速度接近光速的粒子。

理论上，光速不可超越但可无限接近，所以，如果我们能克服一些并非微不足道的技术困难，就可以让粒子达到99%的光速，然后是99.99%、99.9999%……

电子带有负电荷，因此会被电压高的一边吸引。

当然，让它们获得速度的同时，也必须避免它们与物质的其他任何组成相撞，因为撞击会让它们失去能量并且速度大大降低，这就是为什么要让它们在抽成高度真空的管子中运动。

为避免使用太高的电势差，我们用环形机器让电子多次通过同一个加速区。

适当分布的强磁场会弯折它们的轨道，让它们在圆环中运动并发生碰撞。

相对论的质量增长是需要解决的问题之一。

越接近光速，电子受到的“加速”

导致的速度增加的幅度越小，而质量增加得越多。

加速时电磁场给电子的能量会让它变成“大胖子”

。

这又是一个让我们惊诧的狭义相对论效应，因为我们对此从未有过直观感受。

在我们的世界中，持续给某个东西加速的话，增长的永远是速度而不是质量，比如，在高速公路上一直踩油门就能从仪表盘上看到速度在增加。