宇宙是一个很大的地方 ， 但它是由小块组成的 。 在元素周期表包括诸如氧 ， 碳和其他积木组成恒星 ， 猫或杯咖啡 。 但自 20 世纪之交以来 ， 科学家们一直在思考并寻找越来越小的基本粒子——比充满宇宙的原子还要小 。 那么这些基本粒子中哪个最小呢？相反 ， 哪个是最大的？
芝加哥附近的费米国家加速器实验室 (Fermilab) 的资深科学家 Don Lincoln 是试图回答这个问题的科学家之一 。 在费米实验室 ， 科学家们使用粒子加速器将单个粒子粉碎在一起 ， 然后观察产生的碎片——或者可能是新的基本粒子 。 林肯说有两种方法可以测量粒子的大小：研究它们的质量和测量它们的物理大小 ， 比如计算球的直径 。
就质量而言 ， 这些问题比较容易回答 。 林肯说 ， 我们所知道的最低的非零质量粒子是中微子 。 然而 ， 他指出 ， 我们无法准确测量中微子的质量 ， 因为用于计算基本粒子质量的仪器不够灵敏 。
【科学家|宇宙中最小的粒子是什么？最大的是什么？】“中微子是一种粒子 ， 有点像亚原子世界的幽灵 ， ”林肯说 。 中微子与物质的相互作用非常微弱 ， 是仅次于光子（其行为更像波而不是实际粒子）的第二大粒子 。 事实上 ， 就在这一秒 ， 有数以万亿计的中微子通过你 。 中微子几乎没有任何重量 ， 并且以接近光速的速度运动 。
原子核由中子、质子和电子组成 。 林肯说 ， 质子和中子本身大约是整个原子核大小的十分之一 。 电子的质量接近于零 ， 但它实际上比中微子重 500000 倍（同样 ， 此时无法进行精确测量） 。
林肯说 ， 物理学家使用电子伏特 (eV) 来测量亚原子粒子的质量 。 技术上 ， 单位是eV/c^2 ， 其中c是光速 。 1 电子伏特相当于大约 1.6x10^-19 焦耳 。 为简化起见 ， 物理学家使用一组单位 ， 其中光速为 1 。 要计算亚原子粒子的质量 ， 您将使用阿尔伯特·爱因斯坦著名的方程 E=mc^2 来获得质量 (m)公斤 。
根据林肯的说法 ， 一个电子的重量为 511000 电子伏特 ， 相当于 9.11 x 10^-31 公斤 。 他说 ， 相比之下 ， 典型原子核中的典型质子重 9.38 亿电子伏特 ， 或 1.67 × 10^-27 kg 。
相反 ， 根据林肯的说法 ， 我们所知道的最大（就质量而言）基本粒子是一种称为顶夸克的粒子 ， 其测量值高达 1725 亿电子伏特 。 夸克是另一种基本粒子 ， 据我们所知 ， 它不能分解成更多的部分 。 科学家们已经发现了六种类型的夸克：上夸克、下夸克、奇异夸克、魅力夸克、底夸克和顶夸克 。 上下夸克构成质子和中子 ， 它们的重量分别为 300 万和 500 万电子伏特 。 相比之下 ， 顶夸克的重量是上夸克的 57500 倍 。
物理尺寸的问题更难回答 。 我们知道一些粒子的物理尺寸 ， 但不知道最小的粒子 。 人们在日常生活中听到的一些“微小”颗粒 ， 例如病毒颗粒 ， 实际上是相当大的 。
林肯提供了这种尺度感：典型的病毒粒子长约 250 到 400 纳米（一纳米是十亿分之一米 ， 或 10^-9 m） ， 典型的原子核长约 10^-14 m（0.00000000000001米） 。 这意味着原子核对病毒来说就像病毒对我们一样小 。
目前 ， 科学家可以使用粒子加速器测量的最小物理尺寸比质子小 2000 倍 ， 即 5 x 10^-20 m 。 到目前为止 ， 科学家们已经能够确定夸克比那个小 ， 但不能确定多少 。
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