最小的粒子比电子轻得多
宇宙是一个很大的地方，但它是由小块组成的。元素周期表包括氧、碳和其他组成恒星、猫或咖啡的元素。但是自从进入20世纪以来，科学家们一直在思考并发现越来越小的基本粒子——那些比原子还要小的充满宇宙的粒子。那么这些基本粒子中哪个最小呢? 哪个又最大?
唐·林肯是芝加哥附近费米国家加速器实验室(Fermilab)的资深科学家，他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碰撞在一起，然后观察产生的碎片——或者可能的新基本粒子。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，比如计算一个球的直径。
就质量而言，这些问题回答起来相对简单。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，由于用于计算基本粒子质量的仪器不够灵敏，我们无法精确测量中微子的质量。
“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弱，是仅次于光子的第二丰富的粒子(光子的行为更像波而不是真正的粒子)。事实上，在这一秒有数万亿中微子穿过你。中微子的重量几乎为零，运行速度接近光速。
原子核由中子、质子和电子组成。林肯说，质子和中子本身的大小大约是整个原子核的十分之一。电子的质量几乎为零，但实际上它的重量是中微子的50万倍(同样，目前还无法精确测量)。
宇宙中最小的粒子是什么?
粒子的大小可以通过研究它们的质量或它们的物理大小来测量。
物理学家使用电子伏特(eV)来测量亚原子粒子的质量，林肯说。严格来说，单位是eV/c^2，其中c是光速。一个电子伏特相当于大约1.6x10^-19焦耳。为了简化，物理学家使用了一套单位，即光速为1。为了计算出亚原子粒子的质量，你可以用爱因斯坦著名的方程E=mc^2来得到质量(m)，单位是千克。
根据林肯的说法，一个电子重达511,000电子伏，相当于9。11 x 10^-31千克。相比之下，一个典型原子原子核中的一个典型质子重9.38亿电子伏，或1.67 × 10^-27千克，他说。
相反，我们所知道的最大(按质量计算)的基本粒子是一种叫做顶夸克的粒子，据林肯说，它的测量值高达1725亿电子伏特。夸克是另一种基本粒子，据我们所知，它不能被分解成更多的部分。科学家们发现了六种类型的夸克:上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。上夸克和下夸克组成质子和中子，它们分别重300万电子伏和500万电子伏。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大小，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，如病毒颗粒，实际上是相当大的。
林肯提出了这种规模:一个典型的病毒粒子长约250到400纳米(1纳米是一米的1000000000,或10 ^ 9米),和典型的原子核措施大约10 ^ -14(0.00000000000001米),这意味着一个原子核一样小病毒病毒。
目前，科学家可以用粒子加速器测量到的最小的物理尺寸是质子的2000倍，也就是5 x 10^-20米。到目前为止，科学家们已经能够确定夸克比这个还要小，但不能确定比这个小多少。
最初发表在《Live Science》上。
