中子与中微子有何差别,中微子是怎样产生的

首页 > 时尚 > 作者:YD1662022-11-20 00:37:20

我们都知道物质多由原子构成,原子有原子核与核外电子,而原子核里通常又有质子和中子。照理说大家各司其职、相安无事,但实际上物质世界却不总是这么简单。万物有其寿命,有时候也会发生一些变化,当条件合适时,中子会摇身一变成为质子,质子也能变为中子,这个时候物质的本身就会产生变化,成了完全不同的东西。

质子与中子的结构

最早,科学家告诉我们原子是这世界上最小的东西,它是组成一切物体的最小单位,不能再分。但现代物理学告诉我们,不仅原子可以分成质子中子与电子,连质子和中子都可以分成夸克这样更小的粒子。这样分来分去,使得量子世界变得丰富多彩起来。

质子与中子都是由夸克组成的,每个质子和中子里都有三个夸克,夸克的不同决定了重子(质子和中子都属于重子)的性质,它到底是质子呢,还是中子?

中子与中微子有何差别,中微子是怎样产生的(1)

夸克的分类

质子由两个上夸克和一个下夸克构成,中子由一个上夸克和两个下夸克构成,在一个重子中单个夸克的颜色分配是任意的,但必须存在所有红绿蓝三种颜色。夸克之间的力量是由胶子介导,也就是说重子中的胶子负责传递力,将夸克们粘合在一起。

中子与中微子有何差别,中微子是怎样产生的(2)

质子与中子的结构

由此我们可以看出,质子与中子的区别只在于一个夸克,如果其中一个上夸克变成了下夸克,质子就变成了中子,反之亦然。

夸克的味道与颜色

细心的你一定从前一节发现了些什么:夸克分了六种不同的类型,并且夸克还有不同的颜色!

夸克的六种不同类型通常称为六种不同的“味道”(风味),这是粒子物理学标准模型对基本粒子分类的称呼。六种味道的夸克质量各不相同,但大体上呈两两对应的关系:上对下,粲对奇,顶对底,而上、粲和顶夸克之间的质量相差巨大。

中子与中微子有何差别,中微子是怎样产生的(3)

夸克质量对比,左下角灰色球代表质子,红点代表电子

上、下夸克是所有夸克中质量最小的。上夸克与下夸克的质量差别不大,其中上夸克质量约为1.7~3.3(MeV/c²),下夸克为4.1~5.8(MeV/c²),下夸克比上夸克重中子有两个下夸克,质子只有一个下夸克,所以中子要比质子重一点点。

从上图你可能发现,上下夸克的质量与质子的质量似乎也不成比例,事实的确如此:质子的质量大约是938(MeV/c²),但其中三个夸克加起来的质量却只有9.4(MeV/c²),多出来的那么多质量从哪里来的?答案是胶子,无论是质子还是中子,它们中的三个夸克都是泡在“胶子汤”里,重子的质量主要来自于那一大锅“汤”。这锅“汤”其实是粒子间强相互作用力形成的粒子场,它主要由胶子提供。在量子物理中,胶子是矢量玻色子,与光子一样属于规范玻色子,它自身的质量为0。我们可以说胶子是无形的,它不是粒子,它是场。

中子与中微子有何差别,中微子是怎样产生的(4)

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