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一看就懂

基本粒子
是怎么运作的?

讲给每个背过夸克却没懂的学生
第 255 期自然与科学第 35 / 35 篇灵感来自 Reddit核实于 2026年10月14日
视频版2 分 36 秒 · 中英字幕

不方便开声音?往下看图文版。

看文字稿

下面是视频旁白的全文。

苹果从手里一松,它会掉到地上。这个你不用学物理也知道。可要是把三个下夸克推到一块儿,会怎样?你背过它们带多少电,还是推不出来。有个国外网友就卡在这儿。他不想背答案,想要一套能自己推答案的规矩。

这套规矩,物理学家真有。先看一盘象棋。没人背得下所有棋局。可只要记住马走日,你就能推出马下一步能去哪几格。粒子也一样。别背名字,记住三条规矩,就能自己推。

第一条:账要平。撞之前和撞之后,电加起来一样多,能量也一样多。落单的中子,平均十五分钟就会散开。散成一个质子、一个电子,再加一个几乎没重量的。零,变成正一、负一、零。加起来还是零,账平了。

第二条:夸克不能单独出门。要么三个抱成一团,要么一个配一个反的,凑成一对。你硬把两个夸克往两边拉。拉断的地方会冒出新的一对,各自又成了双。第三条最妙:规矩没禁止的事,迟早都会发生。规矩还能算出,哪种常见,哪种少见。

这三条靠不靠得住?一九六二年,物理学家盖尔曼照着规矩说,还缺一种粒子。他连它多重都算好了。两年后,实验里真找到了它。重量跟算的,差不到百分之一。还有更准的。电子像一块小磁铁。算出来的磁性和测出来的,差不到一万亿分之一。

不过有两件事得说清。一是规矩简单,算起来难。象棋规则一张纸,下赢却要算很深。质子有多重?二零零八年,靠超级计算机,才从规矩里算出来。二是这张表里没有重力。宇宙里大约八成五的物质看不见,也不在表上。物理学家还在找。

好,回到那三个下夸克。每个带负三分之一,加起来负一。三个抱团,第二条也允许。那它就该存在,实验里也真见过。可它比一个中子加一个带负电的小粒子还重。重的,只要账还平,就会散成轻的。它只撑了一眨眼,短到光只够走过一个质子那么远。

现在轮到你推了。一个上夸克带正三分之二。三个上夸克抱成一团,电是多少?

1

一句话

?马

别背粒子的名字。
记住三条规矩,
你就能自己往下推。

物理学家手里真有这样一张规矩表,叫「标准模型」。下面只讲最好用的三条。

2

先看一匹象棋的马

背 棋 谱
背一万盘,
第一万零一盘还是不会。
记 规 矩
记住「马走日」,
下一步去哪都推得出。
粒子也一样:上夸克带多少电是棋子,规矩才是让你能推的那张纸。
3

三条规矩

账要平撞之前和撞之后,电和能量加起来都一样多。
夸克不单独出门要么三个抱成一团,要么一个配一个反的,凑成一对。硬拉开,断口会冒出新的一对。
没禁止的都会发生规矩还能算出哪种常见、哪种少见。粗箭头是常见的,细箭头是少见的。

画里的小球只是记号:夸克没有边,也不是真的小球(原子也不是,看这期:原子为什么看起来像小球)。

4

中子散开时的账

落单的中子,平均十五分钟左右就会散开:变成一个质子、一个电子,再加一个几乎没重量的小粒子。

0+1−10

零,变成正一、负一、零。
加起来还是零。

5

这张表准不准

1962 年盖尔曼照规矩说:还缺一种粒子,连多重都算好了
1964 年实验里找到了它,重量跟算的差不到百分之一
电子的磁性算的和测的,差不到一万亿分之一
质子多重用超级计算机,2008 年才算出来

规矩简单,算起来难:象棋规则一张纸,下赢却要算很深。

6

表上没写的

重力不在这张表上 宇宙里大约八成五的物质看不见,也不在表上。物理学家还在找。(东西的重量从哪来,看这期:希格斯场是从哪来的)
7

回到那三个
下夸克

账:负一每个带负三分之一,三个加起来负一。
三个抱团:允许所以它该存在,实验里也真见过它。
太重,马上散它比一个中子加一个带负电的小粒子还重。只要账还平,重的就散成轻的。

它只撑了一眨眼:
短到光只够走过
一个质子那么远。

现在轮到你推了。
一个上夸克带正三分之二。三个上夸克抱成一团,电是多少?
Samshang × Maddox 共创
资料:粒子数据组(PDG)Δ(1232) 表(三个下夸克组成的粒子约 1232 MeV,几乎全部散成核子加 π 介子;寿命约 5.6×10⁻²⁴ 秒)pdg.lbl.gov · 维基百科 Delta baryon · 不列颠百科 omega-minus particle、《今日物理》Omega-minus: theory and fact(1962 年盖尔曼预言、1964 年布鲁克海文找到,预言约 1680、实测约 1672 MeV)· Fan、Gabrielse 等 2023《Physical Review Letters》130, 071801(电子磁性,理论与测量在约万亿分之一的水平一致)· Dürr 等 2008《Science》322:1224(用格点计算从规矩里算出质子等粒子的质量)· PDG 自由中子寿命约 878 秒 · NASA dark matter(暗物质约占物质的 85%)
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