宇宙是什么

18. 负责传递“力”的基本粒子

  在此，我们先整理一下基本粒子的3个世代。

  第一代：电子、电子中微子、上夸克、下夸克。

  第二代：μ子、μ子中微子、粲夸克、奇夸克。

  第三代：τ子、τ子中微子、顶夸克、底夸克。

  虽然我很想说“构成宇宙的基本粒子已经齐全”，但标准模型所包含的基本粒子并非只有这些。现在列举出的十二种基本粒子都叫作“费米子”。除此之外，标准模型中还存在叫作“玻色子”的基本粒子。

  有的读者可能觉得看不懂这些术语了，不过“费米”和“玻色”都是物理学家的名字，大家无须过于在意其字面意思。对于费米子与玻色子的区别，我先从“粒子是否能置于同一位置”这一点出发来讲解。

  对于“粒子是否能置于同一位置”，有的读者可能不知道我在说什么。打个比方，假如这里有一个苹果，那么在这个苹果所占据的空间里，我们无法再放进去一个苹果。所谓物质，就是这样的东西。

  费米子的十二种基本粒子，都具有这样的性质（这叫作“泡利不相容原理”）。存在电子的地方便无法再放置其他电子，多个夸克也无法重叠存在于同一空间中。

  玻色子则不遵循不相容原理，同一地方可以容纳任意数量的玻色子。这听起来让人觉得不可思议。不过，如果大家知道“光子”是玻色子的话，大概就能理解了。DVD和光通信中使用的激光便是这种情况，光可以任意重叠以增加强度。如果有读者现在还认为“光是波”，那么估计是没有仔细阅读前面的内容，请好好反省一下吧（笑）。光是“波”，同时也是“粒子”。

  至于玻色子除了光子之外还有哪些，我会在后文中讲解。总之，玻色子这种粒子不遵循不相容原理，因此它们也无法构成物质。那么，这种粒子存在的意义是什么呢？

  在此，大家可以回想一下起前文提到过的“π介子”。这种粒子负责传递质子和中子之间的“力”，从而使两者结合。不过，π介子本身并不是“基本粒子”，而是由夸克和反夸克（夸克的反粒子）构成的复合粒子。因此，π介子没有进入“标准模型”的基本粒子名单中。

  那么，为什么π介子可以让质子和中子结合在一起呢？这是因为构成π介子的夸克中，有可以传递“力”的基本粒子。这种“传递力的基本粒子”正是玻色子。

  从这里开始，本书就转向第二个主题了。

  对于本书的第一个主题“物质是由什么构成的”，我们得到的答案暂时是“十二种费米子”。本书之后的内容将介绍“支配物质的基本法则是什么”。所谓基本法则，换句话说就是作用于物质间的“力”的法则。从下一章开始，我将介绍作用于物质之间的四种作用力。