基本粒子(四種粒子，四種生命)

在太陽的核心，核聚變會產生大量的光子。在從太陽核心到表面的途中，光子會不斷撞擊電子和質子。直到幾十萬年后，他們才有機會離開太陽表面，直奔地球。

雖然我們每天都能感受到陽光的溫暖，卻很少有人去思考。什么是光？直到17世紀，牛頓在一個房間里，試圖讓太陽光穿過棱鏡。牛頓發(fā)現(xiàn)，人們過去認為是白光的東西，其實可以分解成不同的顏色，從而揭示了光多彩的一面。從牛頓時代開始，更多的人開始思考光的本質是什么。

馬克·麥考林的紅外線生活

今天，在很多人的努力下，我們知道光不僅僅是由粒子即光子組成的，它還是一種波。牛頓觀測到的可見光其實只是整個電磁波譜的一部分。不可見光還包括伽馬射線、X射線、紫外線等等。

宇宙中有許多不同的物體，它們會釋放不同波長的光。馬克·麥考林是歐洲航天局科學與探索高級顧問。他對電磁波譜中的紅外波段最感興趣。通過紅外望遠鏡，他看到了許多在光學波段看不到的美景。

圖片來源:成為科學家

王與幽靈粒子

事實上，太陽核心的核聚變不僅會產生光子，還會產生大量的其他粒子——中微子。但與光子不同的是，中微子可以不受阻礙地飛出核心到達太陽表面，因為它們幾乎不與物質發(fā)生相互作用。在我們的日常生活中，每秒鐘都有無數(shù)的太陽中微子穿過我們的身體，而我們卻渾然不覺。

中微子和光子、電子一樣，都是基本粒子。為了描述基本粒子之間的相互作用，在20世紀70年代，物理學家發(fā)展了粒子物理的標準模型。雖然標準模型在過去取得了巨大的成功，但它并不完整，有許多它無法解釋的問題。通過中微子實驗，物理學家可能找到突破標準模型的線索。

在所有的中微子捕捉器中，中科院院士王很有代表性。因為他的團隊發(fā)現(xiàn)了中微子的第三種振蕩模式。

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麗莎·蘭道爾的次元之旅

該模型的另一個問題是，它只描述了自然界中的三種基本力，即電磁力、弱力和強力，而不包括重力。重力是我們每天都要經歷的，也是最熟悉的基本力。在弱引力場中，我們只需要應用牛頓的萬有引力定律；但是在一些極端重力條件下，我們需要愛因斯坦的廣義相對論。廣義相對論告訴我們，引力是時間空彎曲的結果，并預言了引力波、黑洞等奇妙現(xiàn)象。盡管如此，我們對引力的了解仍然不夠。

困擾物理學家的一個問題是，為什么引力與其他三種基本力相比如此微弱？哈佛大學終身教授麗莎·蘭道爾(Lisa Landauer)認為答案可能隱藏在一個額外的維度中。我們生活在三維空和一維時間之間的四維時間空，但這并不意味著不再有維度。額外維度理論預言了一種粒子，叫做卡魯扎-克萊恩粒子(KK粒子)。物理學家把希望寄托在對撞機上，希望這種假想的粒子可以由高能粒子對撞產生，從而在實驗上證明額外維度理論。

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探索宇宙黑暗面的進展

除了對引力的研究，麗莎還提出暗物質其實是6600萬年前恐龍滅絕的罪魁禍首。

上個世紀的各種天文觀測表明，宇宙中應該存在大量的暗物質。但是暗物質到底是什么？至今無人知曉。它可以是一種或多種粒子。因為它不參與電磁相互作用，所以我們看不到。是標準模型無法描述的存在。

幾十年來，為了尋找暗物質粒子，科學家們想盡了辦法，提出了各種方法。上世紀末，中科院院士常進提出了通過高能電子和伽馬射線探測尋找暗物質的新方法。2015年，長金主導的暗物質探測衛(wèi)星“吳空”發(fā)射L 空，標志著屬于中國的空科學時代已經到來。

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一起追逐光明

300多年前，惠更斯和牛頓就開始思考光的本質，分別提出了波動論和粒子論。100多年前，愛因斯坦顛覆了牛頓的引力概念，從而改寫了我們對宇宙的認識。90多年前，泡利為了解釋β衰變的能量守恒，提出了他認為找不到的中微子。50多年前，魯賓在研究星系自轉時發(fā)現(xiàn)星系自轉速度過快，從而假設宇宙中存在暗物質，進一步驗證了茨威基80多年前的猜想。正是在這些大師的思考下，我們對宇宙有了更深刻的認識，這也引發(fā)了很多革命。他們像光，照亮了一代又一代人前進的道路。

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