科普 》 宇宙、地球和生命的進化：時間的1000個瞬間   》 第11節：三、物質形成(5)      林為民 Lin Weimin

　　根據粒子間的三種相互作用，可將這二百多種基本粒子分成三大類： 第一類是具有強作用的粒子，稱為強子。已發現的基本粒子中，約95%是強子，這是基本粒子中最龐大的傢族。質子和中子是大傢熟知的強子，除了質子和中子外，還有π介子、K介子、超子以及叫作共振子的基本粒子也是強子。強子除具有強相互作用外，一般也有電磁作用和弱相互作用。
　　基本粒子的第二大類是沒有強相互作用的，稱為輕子。比較有名的輕子有電子和中微子，另外還有τ介子和μ介子等基本粒子也屬於輕子。輕子的特點就是沒有強相互作用，而都有弱相互作用。另外有些輕子，例如電子，因為帶電所以還有電磁作用。中微子比較難以探測到，就因為它不帶電，又是輕子，所以衹有通過探測弱相互作用才能探測到它。
　　基本粒子的第三大類就是既沒有強相互作用，也沒有弱相互作用，而衹有電磁作用的粒子。這類粒子衹有一種，就是光子。所以，凡是有光子參與的過程必然涉及電磁作用。
　　我們不妨列舉一下創世之初的幾個有名的輕子： 電子 電子像臺球一樣有靜止質量，但它的質量很小，小得無法想象。然而，從許多方面看，電子並不完全像臺球。首先，電子有自旋，這一性質往往被看作是電子靜止時的角動量，好像它是個陀蠃在繞軸自轉一樣。其次，電子在許多場合還呈現波的行為。如果一束電子被聚焦在一個適當的衍射光柵上（按原子的大小刻的一道一道的紋路，讓電子束穿過或者反射），這束電子將像衍射光（光通過光柵時會出現有規律的花紋）那樣形成圖樣。
　　μ介子 μ介子是1937年在宇宙射綫中發現的。宇宙射綫是宇宙空間飛到地球上的高能粒子流。帶電粒子通過物質時，它的能量損失有兩個途徑：一是把能量交給物質原子中的電子，使得原子電離或激發；二是在原子核電場中偏轉並輻射出光子，把能量交給光子。後一種過程的能量損失率（指帶電粒子在物質中走過1釐米時所損失的能量）反比於帶電粒子的質量的平方。如果質量大100倍，能量損失就要減少10000倍。1937年，天文學家發現一種帶電粒子，當初認為它是電子，但是在能量很高時，這種粒子的能量損失率卻遠遠低於電子的理論預期值。因此，它不可能是電子，而應當是一種質量比電子大200多倍的新粒子，稱之為μ介子。μ介子被發現後，人們對它的性質進行了很多研究，實驗證明這種粒子和電子非常相像，幾乎完全一樣，唯一的差別衹是二者質量相差很大，差了200多倍。
　　電子和μ介子性質十分相似，但是，它們確實是兩種不同類型的粒子，而且兩者不可能通過簡單的途徑互相轉變。令人難以理解的是，既然μ介子與電子十分相像，為什麽質量相差這麽大？自然界為什麽要有μ介子？它在物質世界中究竟起什麽作用？一句話："既生e（電子），何生μ？"這就是著名的"μ介子之謎"。這是粒子物理中的頭號重大難題，μ介子的發現者培爾甚至說，也許要待愛因斯坦再世才能解决這個問題。



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【資料來源】內蒙古人民出版社
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