中微子|“从电子到宇宙”或“从夸克到宇宙”的基本粒子(上) 物理学家|科学家|向导

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粒子物理学充当了万物理论的“向导”或万有理论的“敲门砖” ，人们也许是玻色子概念的门外汉，无论是天生聪颖的人，还是后生愚笨的人，这些顾虑都是多余的，物理学家“一时半会”也说不清玻色子粒子的属性。夸克兴许给人们留下了古怪的感受，胶子概念会让人们的脑子失灵，科学家群体有不少热心的科普作者，他们将深奥的科学理念以通俗易懂的语言讲解出来，满足了社会大众对日益增长的科学知识的需求。在科学向导的帮助下，人们在粒子物理标准模型的“动物园”里不至于失去方向。卡舍尔·奥康利尔是一位热心科学传播的人士，他是一位“粒子动物园”的向导。
在公元前4世纪到来之时，古希腊哲学家德谟克利特有一次闻到一股烘烤面包的味道，在“鼻尖上的气味”的激发下，他思考了一个“趣味物理学”的问题：漂浮在空气中的面包屑钻进了他的鼻腔，作为欧洲唯物主义哲学鼻祖的德谟克利特“灵机一动” ，他将最小块的面包屑称为“原子” ，意指不可再切分的面包屑，他把原子想象成微小的圆球。
原子实际上不是物质的最小单位，它由更小的粒子成分组成，现代物理学家称之为粒子，科学家对粒子和控制它们行为的基本力进行了最好的描述，产生了粒子物理学标准模型或简单地称之为标准模型。它将自然中所有的粒子进行了分类，好像在元素周期表中把自然的所有元素进行分类一样。粒子物理的理论格式被称之为标准模型，它获得了很大的成功，已经形成了经过多次检验的“标准理论” 。
既没有经济型的简单模型，也没有豪华型的复杂模型，已经有一些解决问题的模型，还有一些模型有修补的必要，以消除模型可能存在的大小漏洞。人们需要“万物理论”的指南，一切如何开始？假如人们回到20世纪早期，科学家当时认为，在自然物质中仅有三种类型的基本粒子，它们是质子和中子、电子，质子和中子构成了原子中心的原子核，电子绕着原子核旋转。
但在1950年代到1960年代，在对撞机实验室的帮助下，物理学家开始将束缚的粒子粉碎成更小成分，一些粒子破碎了，在中子和质子的内部似乎存在更小的粒子。几十种新粒子通过碰撞实验得以发现，粒子实验物理学取得了令人眼花缭乱的成果，与此同时，没有一位科学家给出了完整的解释，他们干脆将新粒子的集合体称为“粒子动物园” ，好像天文学家将宇宙的天体集合体称为“宇宙动物园”一样。
1970年代，物理学家穆雷·盖尔曼等人在混乱的粒子中找到了一种秩序， “如获至宝”的他们采取了一个与历史上俄罗斯化学家德米特里·门捷列夫采用过的相似步骤，所有的基本粒子被编进一个表格中，好像门捷列夫在周期表中将所有化学元素编进一张有秩序的表格一样。粒子经过了排序之后，它们的许多特性得到了解释，甚至可以正确地预测一些新的粒子，好像元素周期表预测了新的元素一样。
粒子大家族的特征显示了出来，粒子标准模型将所有的粒子成员组成了一个大家庭，第一次介绍令人“望而生畏” ，好像举办了一场大型聚会，很多的远房亲戚都来了，一些参会者感到陌生而慌忙，叫不出很多人的名字，那些“沾亲带故”的成员从未听说过，该来的和不该来的都来了，无论远房亲戚的到来有多么奇怪，举办者都得表现得十分热心，只需记住的重要一点，参会者都有近亲和远亲的家族关系。
基本粒子的基本事实有哪些？盖尔曼和其他科学家将粒子分成了两个主要的类型：费米子和玻色子。诸如电子一类的费米子构成了人们称之为物质的材料，诸如光子一类的玻色子传递了力的作用。费米子进一步分为两种类型，依据这些粒子对力的反应不同，它们被分成了夸克和轻子。自然中的基本力有哪些？粒子通过4种基本力传递了相互作用，它们分别是电磁力、强力、弱力和引力。标准模型描述了3种力的相互作用，只有引力还没有包括在标准模型的解释范围。不同的粒子通过不同的基本力进行传递，好像世界各地的人们通过不同的语言进行相互交流，例如：只有夸克说“胶子”语，只有电子说“光子”语（光子传递了电子之间的电磁力），同样，只有W玻色子和Z玻色子说“光子”语。