从夸克到宇宙，从微观到宏观，人类从未停止探索世界的脚步

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根据大爆炸理论, 数十亿年前，整个宇宙跨越体积为零，密度无限大的区域。然后，这个区域扩大，在不到一秒钟的时间里，体积扩大了数百倍。在那些最初的时刻，宇宙中充满了能量，其中大部分以强热的形式存在。随着宇宙的膨胀和冷却，其中一些能量转化为物质。

当我们谈论物质的组成部分的时候，我们通常集中在原子上。原子由原子核（ nucleus ）和绕核运动的核外电子组成，原子核至少含有一个带正电荷的亚原子粒子，称为质子（proton）。原子核也可能包含一个或多个被称为中子（neutrons）的不带电粒子。绕核运动的粒子被称为核外电子（ electrons ），带有负电荷，在能量壳层（ energy shell.）的范围内快速地绕着原子核运动。

但是在大爆炸的最早阶段，原子无法形成。宇宙的密度实在是太大而且温度很高。事实上，在大爆炸的最初时刻，甚至质子和中子也无法形成。大爆炸论相信，宇宙中充满了像中微子（neutrinos）这样的亚原子粒子，没有质量的粒子，或者夸克（quarks），这些基本粒子结合在一起形成更大的粒子，比如质子或中子。

科学家们把聚集夸克形成更大粒子的力称做强核力（ strong nuclear force）。它非常强大，以至于在正常情况下，我们根本无法观察到夸克。那是因为夸克紧密地结合在一起，我们无法轻易地把它们分开。多年来，夸克存在的唯一证据来自于宇宙运行的数学模型。这些模型需要像夸克这样的粒子存在才会合理。

21世纪科学家们已经成功把质子和中子这样的粒子分解成了夸克和胶子（没有质量的粒子），用于调节夸克之间的力。夸克和胶子在衰变前只分离了不到一秒钟的时间，但这段时间足够科学家们用强大的仪器来观察它们了。

科学家们是如何做到这一点的？他们真的是在重现大爆炸吗？请继续往下看去找出答案吧。

亚原子粒子学的世界是矛盾的。科学家们使用世界上一些最大的机器来研究我们所知的一些最小的粒子。他们使用的设备非常复杂和精确，然而，他们依靠的却是一种近乎暴力的手段。这些方法和设备使科学家们得以一瞥早期宇宙的样子。

科学家们观察构成亚原子粒子（像质子和中子）的物质微粒时，使用的的方式既讲究又原始。他们把亚原子粒子互相用力撞击，然后观察遗留下来的碎片。为此，他们必须使用被称作粒子加速器（particle accelerators）的强大机器。

粒子加速器发射出相反的像质子一样的亚原子粒子束。一些加速器是圆形的，而另一些是线形的。它们可以非常大——圆形加速器可以测量直径几英里。当质子束通过微小的管道时，加速器利用磁铁来加速质子束。一旦质子束达到一定速度，加速器就会引导它们进入碰撞的过程。当粒子碰撞时，它们会分裂成它们的组成部分——比如夸克。

这些亚原子粒子在不到一秒的时间内衰变。只有使用功能强大的计算机，科学家才有希望探测到夸克的存在。在2006年，加州大学河滨分校的一组科学家报告发现了一种顶夸克，它是六种夸克中最大的一种。研究小组使用了粒子加速器来引起质子和反质子之间的碰撞。他们在夸克已经衰变之后发现了它的存在。衰变过程留下了一个可以被识别的信号。

这是否意味着科学家可以重现宇宙大爆炸?不完全是。相反，科学家们希望他们能够模拟宇宙最早期的状态。这包括创造一个高温并且物质和能量密集的区域。通过研究这些条件，科学家们也许能更多地了解我们的宇宙是如何发展的。但他们无法重现我们称之为大爆炸的快速扩张时期。至少，现在不能。

夸克的“味”，科学家们把夸克分成六种不同的“味”：上，下，粲，奇，顶，底。据科学家们所知，夸克只能结合成两个、三个或五个的夸克组合。夸克绑定的不同组合产生了不同种类的物质。

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翻译：天文志愿文章组-

审核：天文志愿文章组-

排版：零度星系

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自：https://science.howstuffworks.com/dictionary/astronomy-terms/recreate-big-bang1.htm

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本文选自：今日头条