近代以來的物理學研究發(fā)現(xiàn)，物質是由不同層次的微粒構成的，形成了一個階梯系列。二三百年前，人們發(fā)現(xiàn)物質由分子及原子組成。到19世紀末，在科學實驗基礎上，科學家認識到原子由原子核和核外電子構成。原子很小，直徑約億分之一厘米。原子核大約是原子的10萬分之一，電子則更小，大約是原子的億分之一。再進一步，人們發(fā)現(xiàn)原子核又是由質子和中子組成的。 到此，曾有人以為找到了構成物質的最小“磚塊”。然而，不久人們就發(fā)現(xiàn)了這種認識的局限性。 通過對宇宙射線的觀察分析和高能加速器的實驗，又發(fā)現(xiàn)了比上述微粒更小、更基本的大批新粒子，如介子、中微子、反粒子以及組成質子、中子的夸克等，達到幾百種之多。其中，大部分在自然界中并不存在，而是在高能束流的轟擊下才產(chǎn)生出來的。 中子結構示意圖。從中可見到中子內部有三個夸克。 微觀粒子之間存在不同的相互作用。根據(jù)這些相互作用力的特點，可把幾百種粒子分為強子、輕子和傳播子三類。 強子是指參與強相互作用的那些粒子，包括質子。中子、π介子等。強子有其內部結構，由夸克組成。夸克有上、下、奇、粲、底、頂6類，每類有3種，共18種。1995年，科學家用高能物理實驗證實了頂夸克存在的預言，這是近年來關于物質結構研究的一項重大進展。 輕子與強作用無關，只參與弱力、電磁力和引力相互作用，如電子、中微子、μ子、τ子等。1992年，我國北京正負電子對撞機成功實現(xiàn)了τ輕子質量的精確測定，取得了國際高能物理界矚目的結果，使我國在該高科技領域占有一席之地。 微觀世界作用力的傳遞是由粒子完成的。 原子核裂變。因裂變前后核質量虧損，釋放出大量能量，裂變中心部分溫度超過50億度 這些粒子即稱傳播子，也屬于基本粒子范疇，傳遞強力的稱膠子，傳播電磁力的是光子，弱力的傳播子是中間玻色子W+、W+和Z0。 夸克、輕子是不是就是最基本的物質結構單元呢？也不是。已有許多跡象表明，它們也可能還存在內部結構。對更微觀層次的探究，是當代科學研究的最前沿之一。1979年的諾貝爾物理獎得主格拉肖曾建議，假如一旦在實驗上發(fā)現(xiàn)了比夸克更小的微粒，應命名為“毛子”，以紀念毛澤東關于物質無限可分的哲學思想。這一設想雖尚未實現(xiàn)，但說明了科學家對辯證思維的重視。 人們會問：這樣無限分下去有什么意義呢？一是哲學上的意義，證明世界的物質性和人類認識永無止境；二是科學理論上的意義，豐富了人們關于物質世界的基本知識；三是實踐上的意義。當年對原子核內部結構的探索，導致了核能的廣泛利用和開發(fā)。反物質有可能成為未來人類更強大的能源。除這些以外；研究超微觀世界，需要龐大的高能實驗設備，如對撞機、加速器等，這些設備的研制是高技術發(fā)展極強的推動力量，如我國自行設計、研制的北京正負電子對撞機，不僅取得了“精確測量τ輕子質量”這一高水平理論研究成果，而且，在對撞機的研制過程中，還帶動了一大批高技術的發(fā)展。
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