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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 [:1700895606]
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 2 比质子和中子更小的粒子 物质由夸克构成
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巨大的加速器让我们对物质的构造有了新的认识，质子、中子并不是构成物质的最基本粒子，它们是由被称为夸克的粒子构成的。
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夸克的发现
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1964年，美国物理学家默里·盖尔曼和G.茨威格各自独立提出了中子、质子是由更基本的单元——夸克组成的。夸克一词是由盖尔曼取自詹姆斯·乔伊斯的小说《芬尼根彻夜祭》，其中有这样的句子：“为马克王，三呼夸克（Three quarks for Muster Mark）。”
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夸克具有分数电荷，基本电量为－1/3或+2/3。到目前为止，有六种夸克被发现，分别为上夸克、下夸克、粲夸克、奇夸克、顶夸克和底夸克。华裔物理学家丁肇中便因发现粲夸克而获得诺贝尔物理学奖。
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质子和中子的结构
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质子由2个上夸克1个下夸克组成，中子由1个上夸克2个下夸克组成。上夸克带+2/3电子电荷，下夸克带－1/3电子电荷。上、下夸克的质量略微不同。中子的质量也比质子的质量略大一点点。
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正如我们前面所说的，质子和中子靠介子的交换紧密结合，而夸克之间也由能产生更强力的胶子结合。我们把介子产生的力称为核力，把胶子产生的力称为强作用力。质子、中子这类靠强相互作用影响的粒子就被称为强子。
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这样我们就可以想象，在宇宙大爆炸之后的百万分之一秒钟内，并不存在质子和中子，只有混合着自由夸克和胶子的灼热物质向四面八方喷溅。之后，当宇宙的温度和密度迅速减小，夸克和胶子组成了不同性质的粒子。同时，夸克和胶子作为一种自由粒子的形态，也在宇宙中消失。
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 6种夸克
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 [:1700895607]
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 3 宇宙间的隐者 中微子
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中微子个头小，不带电，质量也几乎为0，却能自由穿过地球，几乎不与任何物质发生作用，它号称宇宙间的隐者。科学家观测它颇费周折，从预言它的存在到发现它，用了很多年的时间。
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不可捉摸的过客
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在微观世界中，中微子一直是一个无所不在而又不可捉摸的隐者。产生中微子的途径有很多，如恒星内部的核反应、超新星的爆发、宇宙射线与地球大气层的撞击，以至于地球上岩石等各种物质的衰变等。但是它与物质的相互作用极弱，以致人们至今对它的认识还很肤浅，就连它有无质量也还没有搞清楚。
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1930年，奥地利物理学家泡利提出了一个假说，认为在β衰变过程中，除了电子之外，同时还有一种静止质量为零、电中性，与光子有所不同的新粒子放射出去，带走了另一部分能量。这种粒子与物质的相互作用极弱，以至仪器很难探测得到。这种粒子后来被命名为“中微子”。
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但是，在泡利提出中微子假说后，又经过很多年，才由美国物理学家弗雷德里克·莱因斯第一次捕捉到了中微子，而他也因此获得1995年诺贝尔物理学奖。
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决定宇宙的质量
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原生的中微子在宇宙大爆炸时产生，现在成为温度很低的宇宙背景中微子。单个中微子的质量虽然微不足道，但在整个宇宙中，中微子的数量却极其巨大，平均每立方厘米有300个，密度与光子相仿，比其他所有粒子都要多出数十亿倍。虽然现代科学还没有办法确定它有无质量，但这一问题却关系着宇宙如何演变到今天的过程。如果中微子具有静止质量，其总质量将会非常惊人，联系我们前面所说的开放宇宙和闭合宇宙，中微子就决定着宇宙是膨胀还是收缩。