宇宙是什么

5. 质子的寿命比宇宙的历史还长

  当电子的反粒子正电子被发现时，质子的寿命便成为一个问题。正电子与质子都带正电荷，但是，为什么质子不会衰变成正电子？一般而言，粒子会容易衰变成性质相同但质量较小的粒子。

  这种现象如同水从高处流向低处。质量大的粒子拥有的能量较多，而质量小的粒子拥有的能量较少，而且当粒子处于能量较少的状态时会更加稳定。因此，粒子很容易变成能量较少（也就是质量较小）的粒子。例如，μ子也会衰变成与它性质基本相同但质量更小的电子。

  然而，质子却不会衰变成正电子。对于这种情况，物理学家斯蒂克尔堡构想出了“重子数”这个守恒量。虽然没有任何证据，但不管怎样都必须保证守恒。斯蒂克尔堡认为，只要重子数守恒，那么粒子就可以发生衰变。该理论规定质子的重子数为“1”，电子和正电子的重子数为“0”。这样的话，在重子数守恒定律的规定下，质子就无法衰变成正电子。

  这真是一个强势的构想，让人觉得它是从结论出发去做论证。但是，到目前为止，这种解释依然是正确的。唯有这个理论可以解释质子不会衰变的事实。

  说起来，其实我们也不知道质子是否真的不会衰变。研究者目前正在尝试观测质子的衰变。其实，日本建造超级神冈探测器的最大目的就在于此。这座位于地下的巨大实验设施，正在试图捕捉打破重子数守恒定律的质子衰变现象。

  但是，研究领域目前还未观测到质子衰变现象。研究表明，质子的寿命至少为10³⁴年。顺便一提，宇宙的年龄为138亿年，数值的位数仅在10¹⁰的级别。质子的寿命要比宇宙的历史长出24位数。

  不过，重子数为1的粒子并非只有质子。前文介绍的属于“重子”的粒子全都如此。另外，电子和μ子等轻子的“轻子数”为1，它们则遵守轻子数守恒定律。因此，轻子数为1的μ子，能够衰变成轻子数同样为1的电子。