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第25章 夸克汤

转眼又是大半年过去了,距离东方白和碳金人科学家交换意识只剩下三个月了。天启计划已经获得了突破性的进展,东方白带领项目组找到了制造稳定夸克的方法。

......

物理学中最核心的问题之一就是“物质的基本结构是什么?物质是不是无限可分的?”

对于这个问题,不只有物理学家感兴趣,中国古时圣贤也有过思考。《庄子.天下》中就有惠施说过的“一尺之棰,日取其半,万世不竭”。一尺长的木棒,每天截去它的一半,千秋万代也截不完。也就是说,物质是无限可分的。

人们很早就意识到原子也是可分的。而更底层的粒子则直指夸克。夸克是一种亚原子粒子。

物质都是由原子构成的,但原子并非构成物质的最小单元,它的内部还有自己的结构。原子内部绝大部分是真空的,中心有极为致密的核。电子绕着原子核运动。

物质的内部结构正如同俄罗斯套娃一样,打开一层,又出现下一个层次。同理地,原子核也有内部结构,它由质子和中子经强力作用力结合在一起构成。

1961年,科学家们用电子轰击质子,结果发现质子并不是一个几何点,它有大小,半径为10^-15米,电荷就分布在这样一个小空间范围。中子也有大小,半径10^-15米。中子虽然电荷为零,但在10^-15米范围内电荷密度有正有负。

为了解释质子和中子的内部结构,科学家们假定,“基本粒子”是由满足粒子物理标准模型中对称的三种夸克:上夸克、下夸克、奇异夸克及其反物质粒子构成,其电荷分别为质子电荷的(2/3,-1/3,-1/3)。

夸克一词其实是从《芬尼根守灵夜》这本小说中借来的。书中有云:“向集合首领迈克三呼夸克!”据说,夸克在该书中具有多重含义,其一便是一种海鸟的叫声。这个命名不仅仅出于夸克发现者对鸟类的喜爱,更是因为这最契合“基本粒子不基本、基本电荷非整数”的想法。

后来科学家们发现共有6种夸克:上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、顶夸克和底夸克。后四种夸克高度不稳定,大多数物质是由前两种夸克组成的。科学家们还用“味”这个词来形象地区分这6种不同的夸克。不同夸克除味不同外,其他物理参量的取值也有一些区别,比如质量,电荷,自旋等。夸克有一个奇异的物理量:色量子数。每种味的夸克另有3种不同的颜色,由于夸克带电,每种夸克另外存在自己的反夸克,因此,总共存在6×3×2=36种夸克。

夸克可以相互结合,构成强子,其中由两个夸克组成的强子叫做介子,由三个夸克组成的强子叫做重子,中子和质子都是重子。到今天已经发现的200多种介子或重子,都是夸克的束缚态。还存在四个甚至更多个夸克所组成的束缚态。

......

夸克就是最基本的粒子吗?夸克是否可分?

东方白认为,夸克是高能电磁波粒子以暗物质为涡核的电磁波旋涡。

也就是说,如果我们可以从足够微观的角度去观察夸克,譬如假设我们能够站在组成夸克的电磁波粒子上去观察整个夸克,就像我们站在地球上去观察整个银河一样,我们会发现,就如同银河系的中心是由暗物质组成的黑洞一样,夸克的中心也是黑洞。

......

天启计划项目组用中国自行建造的巨型粒子对撞机对撞金元素离子,制造出了“超级大爆炸”。这场大爆炸只持续了几毫秒。但正是这几毫秒的爆炸,让他们制造出了有史以来实验室中的最高温度----4万亿摄氏度。这么高的温度足够熔化质子和中子,而把金元素变成一种“夸克汤”的物质。这种物质非常接近于宇宙大爆炸之后的几微秒时宇宙的状态。

项目组还发现,制造出的夸克汤可以被石墨烯,也就是二维碳原子材料俘获并稳定存续下去。

石墨烯具有完美的二维晶体结构,它的晶格是由六个碳原子围成的六边形,厚度为一个原子层。碳原子之间由轴对称的共价原子键连接,每个碳原子都有一个未成键的电子,这些电子可以在晶体中高速自由移动。

正是这些高速自由移动的电子造成了夸克在晶格六边形原子键上的对称旋转,这就像人们抖空竹一样,电子把能量传导给夸克,而夸克则不停地在六边形的六条“线绳”上跳舞(旋转)。

不同的夸克有不同的旋向,项目组能够让夸克对称旋转,也就可以用夸克制造小巧而强大的信息存储及处理系统了。

东方白接下来的工作,就是要弄明白用夸克制成的硬件系统如何存储并运转以中微子为载体的意识。

......

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