那1/3电荷的粒子是用来做什么的?
夸克不同于轻子,它们可以受到强核力的影响,并且它们有奇怪的分数电荷(+2/3和−1/3)。如果把上、下夸克以正确的方式混合在一起,你能得到质子(包含2个上夸克和1个下夸克,电荷为2/3 + 2/3 − 1/3 = +1)和中子(包含1个上夸克和2个下夸克,电荷为2/3 − 1/3 − 1/3 = 0)。对我们来说,这一点非常重要(也非常幸运),因为电子的电荷正好是−1。如果夸克的电荷多了一点或者少了一点,那么质子的正电荷就不能平衡电子的负电荷了,我们也就得不到稳定的中性原子了。如果没有这些完美的−1/3和+2/3电荷,我们就不会存在,物质世界将没有化学反应,没有生物,没有生命。
这令人兴奋(或者令人疑惑,就看你怎么想了),因为按照目前的理论,粒子可以携带任何大小的电荷,同样的理论适用于任何电荷值。据我们所知,电荷达到这样完美的平衡完全是巧合,要归功于好运气。
虽然不多,但科学的世界里的确有巧合。月亮和太阳在体积上差别巨大,但是宇宙的巧合使得我们眼中的月亮和太阳差不多大,我们也因此有可能看到神奇的日食。古代的天文学家一定非常困惑,但日食也是一种线索。很多人可能沿着错误的思路思考并猜测太阳和月亮的关系。但这个巧合其实并不完美,因为太阳和月亮的尺寸在天空中有1%的差别。
然而,对于基本粒子而言,质子和电子的电荷数完全一样,而且正好正负平衡。我们不知道这是为什么。根据目前最先进的理论,这里可能出现任何数字。这才是完美的巧合。这对于电子和夸克的关系意味着什么呢?我们现在还不知道,但这明显指向了更为简单的解释。如果你丢了2000美元,在同一天,你的邻居捡到了2000美元,那么你会把这归于巧合吗?你至少要先想想更为简单的解释。
也许电荷的平衡是另一条线索:在这些粒子之下存在更小的成分。也许这两种类型的粒子是同一枚硬币的两面,或者是同一组超小粒子乐高模块的组合。