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你需要另一个原子向你展示新鲜事,巧了,边上就来了一个。
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这个原子更大。
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你看到九十四个电子围绕着一个由九十四个质子和一百四十五个中子构成的原子核旋转。二百三十九个夸克监狱。比金原子还多四十二个。
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这个原子是臭名昭著的钚元素的一种形式,因为它有二百三十九个夸克监狱,它又被称为钚-239。还有其他形式的钚,就像除了那块你在厨房找到的金块,还有其他形式的金元素,它们的不同在于其原子核中中子数的不同,中子数可多可少,但它们的质子数永远都是相同的(否则就不再是钚或金了)。
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虽然金原子没什么好看的,但这个钚原子不一样,你已经感觉到有些不同寻常的事很自然地即将发生,就在钚-239的原子核中。
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毫不犹豫地,你穿过一层又一层电子外壳,穿过填有虚光子的巨大真空,来到它的原子核边上。那二百三十九座夸克监狱就在你的眼前。强核力让它们整齐地堆积在一起,但你的直觉让你特别关注其中的一个中子。
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你冲了进去。
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那里有两个下夸克和一个上夸克,被固执的胶子紧紧地捆绑着。
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你刚安顿好自己,就看到一个你从没见过的虚拟粒子击中了一个下夸克。这个你从未见过的虚拟粒子自发出现,能将下夸克变成上夸克。这个变了身的夸克原本所属的中子也因此变成了质子,引起了一场骚乱。现在整个原子核已不再平衡。其后果迅速展现,极为剧烈。
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你的第六感让你赶快找地方躲起来,缩微版的你迅速撤离原子核和电子层,回头一看,那个钚原子核已经分裂分裂再分裂,变成较小的原子核,每个新原子核都想——有一些没有成功——抢夺自己的电子带走。在整个过程的每一步中都有带着极高能量的粒子飞出,包括有些你从未见过的。你的钚原子已经衰变,就发生在你的眼前。这场衰变形成的所有产物正被飞速射出。就像一场把自己燃烧殆尽的焰火,除非周围有很多钚-239原子。但你的厨房里没有那么多钚-239原子,所以很快就一切归于平静。
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你刚目睹了自然界已知的第四种作用力——弱核力的一个侧面。它的携带者能将一种夸克变化成另一种。这些作用力携带者被称为W和Z玻色子。
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你刚才见到的是一个原子通过衰变变成更小更稳定的原子。这就是原子核的自发核裂变,它是核聚变的反面。放射性衰变。这也是放射性的根源,弱核力及其携带者W和Z玻色子就主宰着这个领域。
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沃尔夫冈·泡利——那个发现了不相容原理的同一个泡利——大约在一百年前研究了这种原子衰变。与你不同,他当时并不知道“场”这一概念,但他通过比较放射性衰变发生之前与之后的观察,发现一些能量不见了。于是他预言一定有一种粒子将这份能量带走,这种粒子具有很小的质量,不带任何电荷,非常难以捕捉,而一旦射出,将射穿我们所知道的所有物质,几乎不被阻挡。
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我们现在已经知道这种新粒子的存在。你刚才就见到了它。在放射性衰变所释放的所有粒子中,只有这个你从未见过。它被称为“中微子”。
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美国物理学家弗雷德里克·莱因斯(Frederick Reines)和他的同事们在一九五六年用实验探测到了中微子,大约四十年后的一九九五年,莱因斯因此获得了诺贝尔化学奖。他曾经说过,中微子是人类想象出来的最小真实。今天,我们知道这些中微子们(有许多种中微子)只受到弱核力场与引力影响。它们对电磁场及强相互作用场完全没有反应。
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对于它们来说,原子真的就像你第一次见到它们时的印象一样:是空的。
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这是一件好事。
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为什么?
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因为如果中微子与原子相互作用,我们就会有大麻烦,因为中微子被太阳大量地制造出来。
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事实上,非常非常多。
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大概有六百亿个中微子穿透你每一平方厘米的皮肤。
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每一秒。
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但它们根本就没注意到你。一个也没有。
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不管这听起来多么让你不快,但它们分辨不出你与其他东西的差别。它们穿过你的身体,穿过地球,继续它们奔向宇宙的旅程,就像你和我们的地球从来没有在那里一样。
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现在我们都已经被教导放射性很危险,我们应该远离那些放射性材料如钚或铀或镭或钋……越远越好——的确如此。但因为中微子无法分辨你与真空,它们不可能是造成这种危险的因素。
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