最小的粒子比電子輕得多
宇宙是一個很大的地方，但它是由小塊組成的。元素周期表包括氧、碳和其他組成恒星、貓或咖啡的元素。但是自從進入20世紀以來，科學家們一直在思考并發現越來越小的基本粒子——那些比原子還要小的充滿宇宙的粒子。那么這些基本粒子中哪個最小呢? 哪個又最大?
唐·林肯是芝加哥附近費米國家加速器實驗室(Fermilab)的資深科學家，他是試圖回答這個問題的科學家之一。在費米實驗室，科學家們使用粒子加速器將單個粒子碰撞在一起，然后觀察產生的碎片——或者可能的新基本粒子。林肯說，有兩種方法可以測量粒子的大小:研究它們的質量和測量它們的物理大小，比如計算一個球的直徑。
就質量而言，這些問題回答起來相對簡單。林肯說，我們所知道的最低的非零質量粒子是中微子。然而，他指出，由于用于計算基本粒子質量的儀器不夠靈敏，我們無法精確測量中微子的質量。
“中微子是一種粒子，有點像亞原子世界的幽靈，”林肯說。中微子與物質的相互作用非常弱，是僅次于光子的第二豐富的粒子(光子的行為更像波而不是真正的粒子)。事實上，在這一秒有數萬億中微子穿過你。中微子的重量幾乎為零，運行速度接近光速。
原子核由中子、質子和電子組成。林肯說，質子和中子本身的大小大約是整個原子核的十分之一。電子的質量幾乎為零，但實際上它的重量是中微子的50萬倍(同樣，目前還無法精確測量)。
宇宙中最小的粒子是什么?
粒子的大小可以通過研究它們的質量或它們的物理大小來測量。
物理學家使用電子伏特(eV)來測量亞原子粒子的質量，林肯說。嚴格來說，單位是eV/c^2，其中c是光速。一個電子伏特相當于大約1.6x10^-19焦耳。為了簡化，物理學家使用了一套單位，即光速為1。為了計算出亞原子粒子的質量，你可以用愛因斯坦著名的方程E=mc^2來得到質量(m)，單位是千克。
根據林肯的說法，一個電子重達511,000電子伏，相當于9。11 x 10^-31千克。相比之下，一個典型原子原子核中的一個典型質子重9.38億電子伏，或1.67 × 10^-27千克，他說。
相反，我們所知道的最大(按質量計算)的基本粒子是一種叫做頂夸克的粒子，據林肯說，它的測量值高達1725億電子伏特。夸克是另一種基本粒子，據我們所知，它不能被分解成更多的部分。科學家們發現了六種類型的夸克:上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克。上夸克和下夸克組成質子和中子，它們分別重300萬電子伏和500萬電子伏。相比之下，頂夸克的重量是上夸克的57500倍。
物理尺寸的問題更難回答。我們知道一些粒子的物理大小，但不知道最小的粒子。人們在日常生活中聽到的一些“微小”顆粒，如病毒顆粒，實際上是相當大的。
林肯提出了這種規模:一個典型的病毒粒子長約250到400納米(1納米是一米的1000000000,或10 ^ 9米),和典型的原子核措施大約10 ^ -14(0.00000000000001米),這意味著一個原子核一樣小病毒病毒。
目前，科學家可以用粒子加速器測量到的最小的物理尺寸是質子的2000倍，也就是5 x 10^-20米。到目前為止，科學家們已經能夠確定夸克比這個還要小，但不能確定比這個小多少。
最初發表在《Live Science》上。
