各位物理盲,準(zhǔn)備好接受一記腦洞暴擊了嗎?

你們可能一直以為質(zhì)子就是那個由兩個上夸克和一個下夸克組成的小可愛。

打開網(wǎng)易新聞 查看精彩圖片

太天真了!

物理學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)質(zhì)子里居然藏著粲(càn)夸克,看到這這你可能還一知半解,但我要告訴你這是一種比質(zhì)子本身還重的夸克呢?

這就像發(fā)現(xiàn)你家螞蟻搬家時扛著一頭大象,或者你那瘦弱的朋友肚子里居然裝著一個冰箱。

荒謬至極,但卻是真的!

先搞清楚一件事:質(zhì)子不只是三個小夸克的簡單聚會。它更像是一個混亂瘋狂的微觀夜店,里面擠滿了夸克、反夸克和膠子,全都在瘋狂派對。

如果我們把質(zhì)子放大到足球場大小,你會看到什么?

打開網(wǎng)易新聞 查看精彩圖片

一場徹頭徹尾的粒子狂歡!那三個所謂的"價夸克"只是這場派對的主辦方,而不是全部賓客。

物理學(xué)家們用120年才明白這一點(diǎn),而普通人可能永遠(yuǎn)也理解不了。(真是一群慢半拍的天才?。?/p>

打開網(wǎng)易新聞 查看精彩圖片

我們已經(jīng)在討論原子和電子的時候,那些穿白大褂的家伙們還在苦苦思索原子核里到底有什么。

后來,他們終于發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子,又花了幾十年才明白這些小東西里面還塞滿了更小的碎片。

現(xiàn)在,一個標(biāo)準(zhǔn)物理教科書會告訴你:質(zhì)子由兩個上夸克和一個下夸克組成,中子由兩個下夸克和一個上夸克組成。

多么簡潔美麗的對稱!

只可惜,這種簡單解釋和現(xiàn)實(shí)一樣準(zhǔn)確,就像說人類只是一堆原子那樣,在技術(shù)上沒錯,但少了所有有趣的細(xì)節(jié)。

好了,那粲夸克是什么鬼?

粒子。

它的質(zhì)量是質(zhì)子的1.36倍!

打開網(wǎng)易新聞 查看精彩圖片

這就像發(fā)現(xiàn)一個人的肚子里裝著比他自己還重的東西,或者在蟻窩里發(fā)現(xiàn)了一輛坦克。按照常理,這絕對是不可能的。

但量子物理就是這么任性,它根本不在乎你的"常理"。

在夸克家族中,上夸克和下夸克是那對貧窮但快樂的兄弟,奇異夸克是有點(diǎn)小錢的表親,而粲夸克則是開著豪車的富二代。

更別提底夸克和頂夸克了,那是夸克世界的億萬富翁。

通常來說,越重的粒子越不穩(wěn)定,就像那些暴富的名人一樣,迅速崩潰只是時間問題。

所以誰把粲夸克帶進(jìn)了質(zhì)子派對?

答案是膠子——這個量子世界的“皮條客”。

打開網(wǎng)易新聞 查看精彩圖片

膠子可以瞬間分裂成夸克-反夸克對,然后又合并回來,像變魔術(shù)一樣。

通常它們會挑選輕量級的上下夸克來玩這個游戲,偶爾會奢侈一把,弄個奇異夸克。

但粲夸克?那簡直是在燒錢??!理論上說,膠子根本負(fù)擔(dān)不起這種奢侈品。

膠子是那種看起來沒什么,實(shí)際上卻掌控一切的角色。

它們沒有質(zhì)量,卻掌握著宇宙98%的物質(zhì)質(zhì)量分配權(quán)。

舉個栗子,

打開網(wǎng)易新聞 查看精彩圖片

這就像說你家的重量主要不是來自家具和墻壁,而是來自家人之間的"關(guān)系"。

聽起來像心靈雞湯,但在量子世界,這是硬核現(xiàn)實(shí)。

物理學(xué)家們不能直接打開質(zhì)子看看里面有什么,那么他們是如何發(fā)現(xiàn)粲夸克的呢?

他們使用了叫做"深度非彈性散射"的技術(shù)——這聽起來像某種高級按摩服務(wù),但實(shí)際上是用高能粒子轟擊質(zhì)子,然后觀察碎片。

打開網(wǎng)易新聞 查看精彩圖片

假如你有一個神秘的盒子,想知道里面是什么,但不能打開它。

解決方案?用機(jī)關(guān)槍掃射盒子,然后根據(jù)飛出來的碎片推斷里面有什么。

這基本上就是粒子物理學(xué)家的工作方法。

你可能又會問:能量從哪來?

答案是海森堡的不確定性原理。

它允許粒子暫時"透支"能量,只要迅速"還款"就行。

這就是為什么在極短的時間尺度上,膠子能夠分裂成比它們能量預(yù)算還要昂貴的粲夸克對。這就像你周五晚上刷爆信用卡去高檔餐廳,周一發(fā)工資前必須還清一樣。

量子粒子也有同樣的特權(quán),只是它們的"周末"只有百萬億分之一秒那么長。

在這個時間尺度上,宇宙基本上是一個"閉眼看不見"的監(jiān)管者,允許能量守恒律被臨時"借用"一下。

物理學(xué)家宣稱在質(zhì)子中發(fā)現(xiàn)額外的"粲性",但這是基于數(shù)據(jù)點(diǎn)和曲線擬合的游戲。

他們聲稱藍(lán)色數(shù)據(jù)點(diǎn)比綠色數(shù)據(jù)點(diǎn)更符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這差異有顯著性嗎?

大約三西格瑪。

翻譯成人話:有點(diǎn)意思,但還不足以讓物理學(xué)家們跳起來歡呼。

在物理學(xué)界,五西格瑪才是發(fā)現(xiàn)的金標(biāo)準(zhǔn),相當(dāng)于99.9999%的確定性。

三西格瑪?那只有99.7%的確定性,聽起來很多,但在粒子物理學(xué)中基本上就是"也許吧,但別太當(dāng)真"的意思。

打開網(wǎng)易新聞 查看精彩圖片

大多數(shù)三西格瑪?shù)?發(fā)現(xiàn)"最終都會像廉價香檳的泡沫一樣破滅。

更糟糕的是,這個發(fā)現(xiàn)依賴于復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)算法和理論模型三重不確定性的完美風(fēng)暴。

就像你試圖通過分析幾百萬條推特來確定某個名人是否秘密喜歡菠蘿披薩一樣,你可能會找到"證據(jù)",但這真的可靠嗎?

量子物理最迷人的地方在于它教會我們,宇宙運(yùn)行的規(guī)則比我們想象的要奇怪得多。在經(jīng)典物理學(xué)中,你不能借錢買不起的東西;在量子物理學(xué)中,只要你借得夠快還得夠快,沒人會發(fā)現(xiàn)。

虛擬粒子,即像暫時存在的粲-反粲對是宇宙金融系統(tǒng)中的閃電貸款。它們違反了能量守恒的表面規(guī)則,但只要最終賬目平衡,宇宙就不會追究。

打開網(wǎng)易新聞 查看精彩圖片

這就像是物理定律有"精神"和"條文"之分,而量子粒子是宇宙中最優(yōu)秀的律師,總能找到法律漏洞。

宇宙并不關(guān)心人類的常識。質(zhì)子里有比它自己還重的粒子?為什么不呢!

這就像你的錢包里突然出現(xiàn)了比你年薪還多的現(xiàn)金,只是這筆錢在你數(shù)清楚之前就消失了。

量子物理就像拉斯維加斯的賭場:規(guī)則復(fù)雜到荒謬,發(fā)生的事情挑戰(zhàn)你的每一個常識,而且無論如何,莊家(在這里是自然規(guī)律)總是贏。

你可以暫時贏得一些能量或質(zhì)量,但最終,守恒律總是會討回它的欠債。

質(zhì)子不只是三個小夸克的簡單組合,它是一個荒謬、混亂、瘋狂的粒子派對,而且顯然,門檻低到連那些"負(fù)擔(dān)不起"的重型夸克都能偶爾溜進(jìn)去!

或者更準(zhǔn)確地說,它們可能一直都在那里,我們只是現(xiàn)在才有足夠先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和足夠瘋狂的理論物理學(xué)家來發(fā)現(xiàn)它們。