目前实验上已发现的基本粒子中,光子和胶子的质量为零;另外,中微子的质量几乎等于零,但具体数值还未知;还有,理论上引力子的静止质量也为零,但是引力子的存在性还未被实验证实。
其中,光子是电磁力的传播介子,胶子是强力的传播介子,引力子是引力的传播介子,中微子是一种穿透性非常强的粒子。
在大型强子对撞机中,已经证实了胶子的存在,但是还未发现自由状态的胶子。比如在原子核中,质子带正电,按道理会相互排斥,但是因为强力的存在,把质子、中子牢牢“捆”在了一起。
而强力的传播介子,就是胶子,这是一种静止质量为零,自旋为1的基本粒子,夸克之间就通过交换胶子产生强力。
与电磁力的传播介子“光子”不同,胶子存在色荷,使得胶子与胶子之间会发生相互作用,作用的结果就是把夸克牢牢“捆”在一起,其中强力比电磁力强100倍。
好比一根弹簧,两头分别连接两个夸克,当两个夸克距离拉长时,需要输入能量;如果能量足够强,就会使得强力失去作用,使得强力的作用范围在10^-15m内。
但是分离夸克需要输入的能量是巨大的,大到根据质能方程,可以产生两个新的夸克。
于是,就算你把一对夸克分开,也会得到两对夸克,并不会得到两个独立的夸克,这一现象在物理学中叫做“夸克禁闭”,其中原理就和胶子的性质密不可分。
最早的时候,人们在研究电子对质子的深度非弹性散射实验时,发现质子有着内部更细微的点状结构,其中质子一半的能量由一种带电的点状结构所携带,另外一半能量则有中性的点状结构所携带。进一步研究证实:这种带电的点状结构就是夸克,而中性的点状结构就是胶子:两个上夸克和一个下夸克通过胶子在强相互作用下就构成了质子。如果没有胶子,夸克直接就没有了“胶水”,就不能构成这些基本的亚原子粒子(质子、中子等)。
虽然胶子起到“粘合”作用,但是遗憾的是目前为止人们都没有分离出来自由存在的胶子,或许以后科学家们可以做到。另外,中微子的静质量也基本可以看作是0。中微子不仅体积小,质量也非常小,而且只参与弱相互作用力,因此中微子对任何物质几乎都是隐身的。它可以毫不费力的穿透任何物质,我们身体每时每刻都有成千上万亿中微子在穿过。因为中微子实在是太“透”了,所以其具体静质量大小,到现在都没有一个准数。
至于未来还会不会发现新的静质量为0的粒子,我想一定会的。目前,可见物质的基本粒子已经完全找到,剩下的就是暗物质和暗能量的结构,或许未来在研究它们的过程中,人们会发现另外一些神奇的静质量为0的粒子。
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