如果你覺得自己活得久,那是因為你沒見過質子。這幫不講武德的微觀顆粒,活了140億年還tnd一點衰老跡象都沒有。
科學家們不服了,非要找出它們的死亡證據。
宇宙這個破地方已經存在了將近140億年,恒星死了一茬又一茬,銀河系轉了不知道多少圈,唯一不變的是質子這群倔驢似的微粒還在那硬撐著,活得比誰都滋潤。
你想想,這世上什么東西不會壞?
你家那剛買的冰箱保修期還沒過就開始漏水;隔壁老王的頭發三十歲就全部撤退;甚至連鈾這種猛料最后都會變成鉛。
可偏偏質子,這種構成我們一切物質的基本粒子,就像開了掛一樣,亙古不變。
這不合理啊!
科學家們坐不住了,花了大價錢造了一堆巨型探測器,就為了抓到一個質子自殺的證據。
結果呢?
一無所獲!這幫質子太能裝了,在實驗室里愣是一個都不肯死給你看。
要搞清楚質子為什么這么能活,咱得先扒一扒物質的底褲。
中學化學告訴我們,萬物由原子組成。
但原子內部比綜藝節目后臺還復雜:有質子、中子擠在原子核里,周圍是一群跑龍套的電子。
更變。態的是,質子和中子內部還塞了三個叫"夸克"的小東西。
講真,原子世界比你想象的復雜多了,比娛樂圈的關系網還亂。
但有一點很搞笑:質子和電子穩如老狗,中子就不行了。
把中子單獨拎出來,它連15分鐘都撐不住就裂開了。
這就像那種離了團隊就活不下去的藝人,格局小了啊!
為啥質子和電子能千秋萬代?因為宇宙有幾條硬規定,叫"守恒定律"。
通俗點說,就是宇宙設了幾道門檻,你想轉化必須遵守規則,不然免談。
這就像你玩樂高。
假設你有10000塊樂高,你可以搭城堡、摩天輪、還是啥稀奇古怪的東西,但無論怎么拼,塊數永遠是10000,一塊都不能憑空出現或消失。宇宙對粒子也是這個德行。
具體來說,粒子世界的"貨幣"有幾種:能量、電荷、重子數和輕子數。
這就像你去國外旅游,除了帶現金,還得帶信用卡、支付寶、PayPal,樣樣不能少。
能量這玩意兒你可能感覺很抽象,但它就像銀行賬戶余額一樣實在。愛因斯坦那個E=mc2告訴我們,質量就是能量的一種表現形式。
在粒子衰變這場游戲里,重的可以變輕(多余的質量變成動能),但輕的絕不可能無中生有變重。
這就像你可以把一百塊變成一堆零錢,但你想把一塊錢變成一百塊?做夢去吧!
電荷也是必須守恒的。
質子帶著+1的電荷,如果它要衰變,產物的電荷總和也必須是+1,一點都不能差。電子帶-1電荷,質量只有質子的萬分之五。正電子則是電子的反物質雙胞胎,帶+1電荷。
理論上,質子(重,+1電荷)可以衰變成正電子(輕,+1電荷)加光子(輕,0電荷)。
但自然界壓根不這么玩,因為還有兩個更變態的守恒量:重子數和輕子數。
質子、中子這些重量級選手屬于"重子"家族,都帶著重子數B=+1的標簽。電子這類輕量級選手屬于"輕子"家族,帶著輕子數L=+1的標簽。反物質則帶著相反的標簽。
這就像古代的門第觀念,門當戶對才能聯姻。重子只能和重子玩,輕子只能和輕子搞,兩個圈子絕不能亂來。
如果質子(重子)想變成正電子(輕子),就相當于貴族想變平民,宇宙的潛規則不允許這種越界行為。
這就解釋了為什么中子(電荷0,質量939.6 MeV,重子數+1,輕子數0)可以衰變成質子(電荷+1,質量938.3 MeV,重子數+1,輕子數0)、電子(電荷-1,質量0.511 MeV,重子數0,輕子數+1)和反電子中微子(電荷0,幾乎沒質量,重子數0,輕子數-1)。
你算算賬就知道,前后的"貨幣"數量分毫不差。
質子作為最輕的重子,實在找不到比它更輕的重子了。
它想衰變?沒門!除非宇宙規則出bug。
所以質子真的能活到宇宙盡頭?這可不是哲學問題,而是實打實的實驗問題。
理論上,有可能存在某種超級變態的新物理規律,允許守恒律被微弱違反。為了抓住這種可能性,科學家建造了重達幾萬噸的超級探測器。
目前的實驗結果告訴我們,質子的最低壽命是2×103?年,這比宇宙年齡長萬億萬億倍。
簡單說,就算質子會死,它也能活到把你、我、地球、太陽、整個銀河系都熬成灰了還在那嘚瑟。
真是活久見。
科學家們不服輸的精神簡直令人感動。他們還在繼續尋找質子衰變的證據,正在建設的深地下中微子實驗(DUNE)除了研究中微子,也會順便看看能不能抓到一個自殺的質子。
如果真有一天質子衰變被發現了,物理學教科書估計得重寫了。不過按目前情況看,質子這群老頑固似乎鐵了心要把"不死"這個人設進行到底。
在浩瀚宇宙中,萬事萬物都會衰亡,唯獨質子還在那裝immortal。
這是不是宇宙最大的諷刺?
可能只有時間能告訴我們答案……如果時間真的存在的話。
(本文完)
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