张东才

现在已知原子是由更基本的亚原子粒子构成的。不过，人们发现有些组成原子的粒子（质子和中子）也并非是最基本的，它们本身又是由一些更基本的粒子构成的。事实上，宇宙中有数以百计的不同性质的粒子。有些粒子相信是用来组成物质的，而有些粒子却被认为是用来传递物质与物质之间的作用力的。目前的粒子物理学是如何解释这些粒子的来源和性质的？(www.daowen.com)

20世纪上半叶的物理学研究基本是为了解决原子物理的问题和发展出量子力学。到了20世纪下半叶，很多物理学家开始从原子向更加微观的结构进行探索，希望了解比原子更小的基本粒子。在研究原子物理的早期，只有几种有限的基本粒子为人们所知，包括前面讲到的电子，原子核里的质子和中子。但是，后来人们发现，物理世界里的粒子远不止这些。通过对宇宙线的观察，人们发现还有许多不属于原子内部结构的粒子，例如“µ子”（muon）。而且，人们发现宇宙中不仅有质子、中子，还有它们的反粒子，就是反质子和反中子。此外，为了解释粒子与粒子之间的互相作用，有人又提出了中微子（neutrino）的存在。“第二次世界大战”以后，科学家建立了对撞机，把一些基本粒子加速，然后观察它们对撞以后的产物。通过这种对撞机的实验，人们发现了更多的粒子。当对撞机的能量越来越大，发现的粒子也越来越多，数以百计的新粒子被发现出来。但其中大部分粒子很不稳定，有的只能存在极短的时间。人们观察到有些粒子会衰变成另一种粒子；过一段时间，又会进一步衰变成另一种粒子。因此，到了20世纪中叶，许多核物理学家都在研究为何会有这么多粒子，这些粒子为何会衰变，粒子和粒子之间的关系又如何。对这些问题，科学家们做了大量理论和实验的研究。这些研究后来成了在现代物理学里非常重要的一个分支：粒子物理学。下面我们就介绍科学家现在对于粒子物理学的基本了解。