第二课 量子物理世界的奥秘

你的所有一切都由夸克组成

你有没有想过世界上最小的东西是什么？我们日常接触到的东西很多跟人的手掌差不多大小——我不确定这是不是一个巧合。普通尺子上最小刻度是一毫米，很大程度上是因为大部分人都不能理解比它的十分之一还小的东西是什么概念。但是，假设你很喜欢做手工活儿，而且还有一个很特殊的嗜好，就是用放大镜和特别小的刻刀往火柴棍的末端刻一棵棕榈树或是一头微笑的长颈鹿。在新年的家庭聚会上，你想要拿出一个非常特别的东西出来。你希望的最小东西是什么呢？

答案是电子，我的朋友，如果我们能找到可以小到能往电子上刻东西的工具的话。当然，没有这种工具，因为没有东西比电子还小。那么仅次于电子的最小东西是什么呢？这就说来话长了。因为这个东西非常独特，它叫作夸克。

夸克是一种非常迷人的东西。到目前为止，我们已经发现了六种夸克，但是你只需要知道其中两种——顶夸克和底夸克就可以了，因为它们是质子和中子的组成部分——你知道的，原子核是由质子和中子构成的。延伸开来，你所有的一切东西——你的房子、家庭、雪纳瑞宠物狗——都只是夸克奇妙而精致地排列形成的。

我们是怎么知道夸克存在的呢？说到这儿，我们就不得不谈到，有一种设计得非常精巧的工具，叫作粒子对撞机，来帮我们解决这个问题。最新推出的粒子对撞机是举世闻名的大型强子对撞机（Large Hadron Collider），简称为LHC。

如果这名字听起来让你不知所云，那么就请你把它想象成一种显微镜，透过它，你可以看到一个极小世界里的奇异景象。我们知道光学显微镜能达到的最高分辨率是0.01纳米，这样的尺度小到可以看到大一点的病毒，比如埃博拉病毒。一个电子显微镜能辨别比病毒小1000倍的物体，比如碳原子。但是想要研究比原子还要小的物质——夸克比原子还要小10亿倍——你需要完全不同的方法。听起来很不可思议，但是大型强子对撞机（LHC）的方法就是让两个质子高速对撞后，看看残骸中都有些什么……