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第209章 粒子應用

然而,讓華楓略微覺得頭疼的還在後面,他半強迫性的把這些東西記下,這是個漫長的過程,即便對現在的他來說。

“強子族本身又再分爲兩類 。由三個夸克構成的粒子叫做重子,就是我們常說的‘物質’粒子,包括質子和中子(重子和輕子都是費米子族的成員,費米子實際上是普通物質粒子的別稱)。由成對的夸克構成的粒子叫做介子,它們是攜帶基本力的粒子,儘管還有其他的介子(這些力的載體和其他介子又稱爲玻色子)。

只需要兩種夸克(它們的名字很怪,叫做‘上’夸克和‘下’夸克)就能解釋質子和中子的結構。一個質子由通過強力維持在一起的兩個上夸克和一個下夸克構成,而一箇中子由通過強力維持在一起的兩個下夸克和一個上夸克構成。

力本身可視爲膠子的交換,而膠子本身又由夸克對組成,因而是介子。”老師的聲音在持續……

正如輕子族複製了三代,夸克族也如此。雖然只需要兩種夸克來解釋質子和中子的本質,但複製的兩代夸克卻一代比一代重,其中一代叫做‘奇’夸克和‘粲’夸克,最重的一代叫做‘底’夸克和‘頂’夸克。和重輕子一樣,這些粒子能夠在高能實驗中產生(因而大爆炸時必定大量存在過),但迅速衰變成它們的較輕對應物。雖然不可能分離出單個夸克,但粒子加速器實驗已經提供了夸克族所有這六個成員存在的直接證據;最後一種(頂)夸克是芝加哥費密實驗室的科學家於2007年找到的。

對夸克的質量和其他性質的研究表明,不可能有更多代的夸克,只能有三族夸克和三族輕子。幸而標準大爆炸模型也認爲不可能存在多於三代的粒子;不然的話,極早期宇宙中額外中微子造成的壓力應該驅動宇宙過快地膨脹,從而使留存下來的氦含量與極年老恆星的觀測結果不符(見αβγ理論、核合成)。這是最美妙的證據之一,表明粒子物理學和宇宙學兩者的標準模型對宇宙行爲的描述,都同基本真理相去不遠。

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內容物的行爲中基本不起作用。我們在宇宙中看到的每樣東西都能用兩種夸克(上和下)和兩種輕子(電子和電子中微子)加以說明;確實,由於單個的夸克不能獨立存在,我們看到的每樣東西的行爲,仍然能夠用1932年就已經知道的電子、中子和質子再加上電子中微子,以及四種基本力,相當準確地予以近似說明。

英國劍橋大學日前發佈新聞公報說,該校研究人員和伯明翰大學的同行合作完成了這項研究。公報稱,電子通常被認爲不可分。但1981年有物理學家提出,在某些特殊條件下電子可分裂爲帶磁的自旋子和帶電的空穴子。

劍橋大學研究人員將極細的“量子金屬絲”置於一塊金屬平板上方,控制其間距離爲約30個原子寬度,並將它們置於約零下273攝氏度的超低溫環境下,然後改變外加磁場,發現金屬板上的電子在通過量子隧穿效應跳躍到金屬絲上時分裂成了自旋子和空穴子 。

研究人員說,人們對電子性質的研究曾掀起了半導體革命,使計算機產業飛速發展,又出現了實際研究自旋子和空穴子性質的機會,這可能會促進下一代量子計算機的發展,帶來新一輪的計算機革命。

2009年03月27日搜狐科學消息 :據美國《國家地理》雜誌報道,科學家這周宣佈,他們在美國伊利諾斯州的費米國家加速器實驗室裡發現了一種奇異的新粒子,完全無法用現有理論對它進行解釋,它將可能打破現有物質構成的所有已知規則。這個新發現的粒子稱爲Y(4140),它不符合二種物質構成的已知模式,甚至科學家還沒有確定Y(4140)是由什麼組成的。

科學家一直認爲夸克能以各種行之有效的方式結合在一起形成其他較大的亞原子粒子,一種模式是由夸克-反夸克對形成的介子,另一種模式是由3個夸克組成的重子,如質子和中子。“但我們發現的這種新粒子不屬於這些夸克組合,這令人驚奇,”美國佛州大學的雅各布·科尼格斯伯格說,“據我們所知,如果你試圖將夸克-反夸克對組合在一起,你不可能建造出這種粒子。”

粒子物理學家表示,此次發現的Y(4140)粒子是這些實驗室觀察到的具有類似非常規屬性的粒子家族成員之一,是由二束粒子以近光速的速度彼此劇烈碰撞產生的,這樣發現新粒子Y(4140)的機率大約爲百億億分之二十。費米實驗室的科學家發現,Y(4140)粒子在衰變過程中常常產生包含有一個底夸克(稱爲B+介子)的粒子。對費米實驗室的數萬億次質子和反質子碰撞進行篩選後,科學家們確定了一個以非常規方式衰變的B+介子的小樣本。進一步分析表明,這些B+介子可衰變成Y(4140)。此外,科學家還發現Y(4140)粒子可衰變成一對其他粒子———J/psi和phi粒子,物理學家認爲它可能是一個粲數和反粲數夸克組合。但是,對於這樣的一個構成來說,其衰變特性有違常規。

日本高能實驗室發言人、物理學家山內正則說,這是首次證實一個新的意想不到的Y態新粒子可衰變爲J/psi和phi粒子。這個Y態可能和之前他們發現的Y(3940)有關,也可能是含有粲數夸克的外來強子的又一個例證。這些外來的夸克組合不屬於已知的介子和重子,理論物理學家正在對它們的真實性質進行破解,實驗人員也在繼續努力尋找更多這樣的粒子。

這一新粒子的發現向那些深諳夸克如何結合形成物質的粒子物理學家發出了挑戰。加上美國宣佈發現了罕見的單頂夸克和其它幾項發現,物理學家實際上離尋獲希格斯玻色子(所謂的上帝粒子)已越來越近了,但他們現不得不重新思考物質是如何構成的。此研究成果發表在最新一期出版的《物理評論快報》上。

但宇宙中的東西大概比我們看到的要多;觀測和理論兩方面都有理由認爲,宇宙中的暗物質比亮物質要多得多。暗物質的很大部分可能是既非強子、亦非輕子的粒子。

粒子束武器是利用加速器把質子和中子等粒子加速到數萬—20萬km/s的高速,並通過電極或磁集束形成非常細的粒子束流發射出去,用於轟擊目標。

按粒子是否帶電可分爲帶電粒子束武器和中性粒子束武器。粒子束武器在太空可以破壞數十公里以外的目標;但在大氣中威力衰減,只能攻擊數公里以外的目標。

21世紀,武器的發展已經進入原子和分子世界,核武器就是應用了原子理論。原子物質中央的質子帶正電,電子帶負電,中子是中性的。被稱爲粒子的物質是指電子、質子、中子和其它帶正、負電的離子。粒子只有被加速到光速才能作爲武器使用。粒子束髮射到空間,可熔化或破壞目標,而且在命中目標後,還會發生二次磁場作用,對目標進行破壞。

粒子束武器發射出高能定向強流、接近光速的亞原子束(帶電粒子束和中性粒子束),以巨大的動能擊毀衛星和來襲的洲際彈道**。即使不能直接摧毀核彈頭,粒子束產生的強大電磁場脈衝熱也會把**的電子設備燒燬,或利用目標周圍發生的γ射線和X射線使目標的電子設備失效或受到破壞。帶電粒子束武器通常在大氣層內使用。中性粒子束武器在大氣層外使用,主要用於攔截助推段和中段飛行的洲際彈道**。

無論是帶電粒子束武器還是中性粒子束武器,作爲一種武器系統,它們主要由五大部分組成:粒子束生成裝置,能源系統,預警系統,目標跟蹤與瞄準系統,指揮與控制系統。其中,最能說明該武器特徵的部分是粒子加速器和能源系統,現簡要介紹如下:

1、粒子束生成裝置:

高能粒子束生成裝置是整個粒子束武器系統的核心部分。它用來產生高能粒子束,並聚集成狹窄的束流,使其具有足夠的能量和足夠的強度。

粒子束生成裝置,主要包括粒子源、粒子注入器、加速器等設備。其中最主要的是研究適合武器使用的高能粒子加速器。感應直線加速器、電子感應加速器、射頻直線加速器都有可能作爲高能粒子加速器。

現有民用粒子加速器的技術雖可借鑑,但由於它過分笨重,根本無法作爲武器系統使用。美國費米國家實驗室使用的5000億電子伏特質子加速器,僅其中主加速器的直徑就達2千米左右,它的兩極轉彎磁鐵,每塊長6米,重13噸;4級聚焦磁鐵長2米,重約4噸;兩種磁鐵加起來有1000多塊,共同構成一個周長達6千米之多的大環,安放在地下6?米深的隧道中。

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