理解物质的本源，美妙神奇的基本粒子｜王贻芳文章转载自“格致论道讲坛”

文章转载自“格致论道讲坛”
粒子物理标准模型
是人类文明发展史上的一个丰碑。
到目前为止，从定量的来说，
大概还没有比它更加成功的理论。
王贻芳·中国科学院院士
格致论道第77期|2022年2月26日北京
大家好！非常荣幸、也非常高兴能够来到“格致论道”基础科学专场，向大家介绍粒子物理研究的内容、目标，我国粒子物理发展的现状，以及未来的计划。我还将结合自己的研究经历，和大家聊一聊研究过程中的一些体会。
我们知道，世界万物的构成是一个古老的哲学命题。 2000多年前，亚里士多德、左丘明等哲学家都研究过“物质世界如何构成” ，最后他们不约而同地得出了一个结论：物质是由一些最基本的单元构成的。亚里士多德说世界万物由水、气、火、土还有以太构成，我们中国人说构成元素是金、木、水、火、土。这些实际上都是哲学思考。
▲从哲学思考（左）到元素周期表（中）再到基本粒子（右）
近代科学告诉我们，物质世界确实是由一些最基本的元素构成的。这就是我们大家非常熟悉的元素周期表，有100多种元素。经过200多年的研究，我们又有了更深层次的认识，物质世界其实是由更基本的基本粒子构成。上图右侧就是我们“看到”的一些基本粒子。
看不见、摸不着的基本粒子
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基本粒子看不见、摸不着，我们怎么研究？主要通过各种实验手段，使用各种仪器拓展人的感知能力。

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中国著名高能物理学家赵忠尧先生在正电子的发现中起过非常重要的作用，左边这张图就是一张正电子的照片。中图的粒子叫反西格玛负超子，是20世纪50年代王淦昌先生领导的合作组在苏联发现的。右边这张是在北京正负电子对撞机上看到的J/ψ粒子，丁肇中先生在70年代发现了它。
左边这张是我们在大亚湾实验中“看到”的中微子。中间是我们发现的最后一个最基本的粒子——希格斯粒子，它是由右图中这个很大的探测仪器看到的。人目力所及的范围实际上非常有限，但我们可以通过仪器拓展感知能力，看到一个更加微观的世界。
经过从50年代到现在大约70多年的努力，我们现在对基本粒子的世界有了非常清楚的认识。如果把它比作“砖块”的话，在60年代的时候，我们就认识到构成整个基本粒子的世界其实非常简单， 3个夸克。那么大家自然会问，为什么只有3个？为什么不能4个、不能5个、不能6个？这个问题非常正确。
【理解物质的本源，美妙神奇的基本粒子｜王贻芳】1974年，丁肇中和B.里克特发现了J/ψ粒子，这就告诉我们存在第4种夸克。在这之后，我们又发现了第5种夸克和第6种夸克，这里面很多人因此获得了诺贝尔奖。
还有一大类叫做轻子的粒子，其中最简单的就是大家都知道的电子。电子是基本粒子家族中第一个被发现的，虽然那时我们并不知道它在整个基本粒子的世界中起着怎样的作用，但现在我们知道它是轻子世界最轻的粒子。
在电子之后，我们发现了相对更重一点的轻子，我们把它叫做μ子。除了质量要更重一点，它的性质跟电子完全一样。 20年以后，我们发现还有一类轻子，它跟电子几乎是对应的，但电荷不一样、性质不一样，我们把它叫做电子型中微子。到了1962年，我们发现了第2种中微子，我们将其命名为μ子中微子。我们也自然地猜想到了第3种轻子，还有这第3种相对应的中微子。所以大家看这是一个结构非常简单、有规律的、周期性重复出现的基本粒子结构。