第11章 基本粒子和自然的力(1)[第2页/共4页]
直到保罗・狄拉克在1928年提出一个实际,人们才对电子和其他自旋1/2的粒子有了精确的了解。狄拉克厥后被选为剑桥的卢卡斯数学传授(牛顿曾经担负这一教席,目前我担负这一职务)。狄拉克实际是第一种既和量子力学又和狭义相对论相分歧的实际。它在数学上解释了为何电子具有1/2的自旋,也即为甚么将其转一整圈不能、而转两整圈才气使它显得一样。它还预言了电子必须有它的妃耦――反电子或正电子。1932年正电子的发明证明了狄拉克的实际,他是以获得了1933年的诺贝尔奖。
(在汤姆孙的电子尝试中,我们看到他用一个电场去加快电子,一个电子从一个伏特的电场合获得的能量便是一个电子伏特。)19世纪,当人们晓得如何去利用的粒子能量只是由化学反应――诸如燃烧――产生的几个电子伏特的低能量时,大师觉得原子便是最小的单位。在卢瑟福的尝试中,α粒子具有几百万电子伏特的能量。更晚的期间,我们得悉如何利用电磁场给粒子供应起首是几百万,然后是几十亿电子伏特的能量。如许我们晓得,30年之前觉得是“根基”的粒子,究竟上是由更小的粒子构成。如果我们操纵更高的能量时,是否会发明这些粒子是由更小的粒子构成的呢?这必然是能够的。但我们确切有一些实际上的启事,信赖我们已经具有,或者说靠近具有天然的终究构件的知识。
(对于照顾力的粒子,反粒子即为其本身)。也能够存在由反粒子构成的全部反天下和反人。但是,如果你碰到了反本身,重视不要握手!不然,你们两人都会在一个庞大的闪光中消逝殆尽。为何我们四周的粒子比反粒子多很多是一个极度首要的题目,我将会在本章的后部分回到这题目上来。
的词演变而来的,因为质子被以为是构成物质的根基单位。但是,1932年卢瑟福在剑桥的一名同事詹姆斯・查德威克发明,原子核还包含别的称为中子的粒子,中子几近具有和质子一样大的质量但不带电荷。查德威克因这个发明获得诺贝尔奖,并被选为剑桥龚维尔和基斯学院(我即为该学院的研讨员)院长。厥后,他因为和其别人反面而辞去院长的职务。一群战后返来的年青的研讨员将很多已占有位置多年的老研讨员选掉后,曾有过一场狠恶的辩论。这是在我去之前产生的;我在这场争辩序幕的1965年才插手该学院,当时另一名获诺贝尔奖的院长奈维尔・莫特爵士也因近似的争辩而辞职。
宇宙间统统已知的粒子能够分红两组:自旋为1/2的粒子,它们构成宇宙中的物质;自旋为0、1和2的粒子,正如我们将要看到的,它们在物质粒子之间产生力。物质粒子从命所谓的泡利不相容道理。这是奥天时物理学家沃尔夫冈・泡利在1925年发明的,他是以而获得1945年的诺贝尔奖。他是个原型的实际物理学家,有人如许说,他的存在乃至会使同一都会里的尝试出弊端!泡利不相容道理是说,两个近似的粒子不能存在于不异的态中,也就是说,在不肯定性道理给出的限定下,它们不能同时具有不异的位置和速率。不相容道理是非常关头的,因为它解释了为何物质粒子,在自旋为O、1和2的粒子产生的力的影响下,不会坍缩成密度非常高的状况的启事:如果物质粒子几近处在不异的位置,则它们必须有分歧的速率,这意味着它们不会长时候存在于不异的位置。如果天下在没有不相容道理的景象下创生,夸克将不会构成分离的表面清楚的质子和中子,进而这些也不成能和电子构成分离的表面清楚的原子。它们全数都会坍缩构成大抵均匀的稠密的“汤”。