粒子和原子

20世紀初期，物理學家認為原子是最基本的粒子，宇宙中所有的現象均受「重力」和「電磁力」的支配。但是紐西蘭出生的英國化學兼物理學家拉塞福（Ernest Rutherford）在1911年發現原子中的原子核以來，人類逐漸明白原子內部更深層的結構，即原子核是由質子和中子組成，質子和中子是由夸克（quark）等基本粒子組成。

月球環繞地球運行、物體由高處掉落低處等現象都是「重力」的作用，而磁鐵的 N極和S極會相互吸引，電極的正極與負極也會相互吸引，這是「電磁力」的作用。「重力」和「電磁力」是我們在日常生活中可以體會的作用力。

另外還有沒有其它可以對物質產生作用的力呢？目前的物理學認為還有「強力」和「弱力」，一般讀者大概無法想像這 2種作用力究竟是何物。其實無法想像是很正常的。由於物理學上的「強力」和「弱力」是發生在原子核內部，僅在與原子核大小之同等程度的短距離內發生作用，因此這2種力是我們日常生活中無法感受的作用力。

目前的物理學認為夸克和輕子（ lepton）是最基本的粒子，「重力」、「電磁力」、「強力」和「弱力」是支配自然界現象的4種作用力，但物理學家並不認為現在的理論是終極理論（final theory）。重力是以「廣義相對論」說明，電磁力則以「量子電磁力學」來了解，目前的物理學是以各種不同理論來說明4種作用力。

但是，物理學家認為這些作用力可能是尚未發現的某種單一作用力以不同型態出現，各個不同作用力之間應該存在著某種關係，了解其間的關係並建立能以1種理論來說明4種作用力，這才是終極理論。在建立終極理論的過程中，全世界的物理學家目前最關心的是「希格斯粒子」（Higgs osons）的發現。雖然在理論上已經預測它必定存在，但尚未被發現的這個粒子，似乎具有能左右21世紀物理學發展方向的重要因素。

為了完成大統一理論，希格斯粒子必須存在
現在的物理學已經明瞭「電磁力」與「弱力」之間的關係，最近物理學家正在努力的是尋找這兩者加上「強力」三者之間的關係。能統一說明此三者之間關係的理論即是「大統一理論」（GUT, grand unified theory），如果再進一步，應該還有包括「重力」在內的理論。

物理學家認為希格斯粒子的存在與否對預期中的大統一理論的形成具有重大影響。科學家表示，希格斯粒子是最新理論中的基本粒子之一，我們尚未發現希格斯粒子，此粒子是否存在？其質量為何？等因素，將是左右物理學未來的分歧點。希格斯粒子是英國理論物理學家希格斯（ Peter Higgs）於1964年主張必定存在的粒子，為何他認為希格斯粒子必須存在呢？

我們認為光子的靜止質量是零，而理論上媒介『弱力』的 W粒子和Z粒子的靜止質量也是零，但由加速器的實驗結果知道W粒子和Z粒子很重，也就是擁有質量。為了說明此種情形，才由理論演繹出希格斯粒子。最新的物理學理論認為希格斯粒子賦予質量的對象並不僅是W粒子和Z粒子，也包括夸克和輕子等所有基本粒子，那麼物理學是如何解釋「質量」呢？

物理學上的質量是指加作用力於物體時的加速困難度，也就是說加上同等的力時，移動幅度越大（加速度較大），質量較小；移動幅度越小（加速度較小），質量較大。在認同希格斯粒子的理論中認為空間中充滿著希格斯粒子，並主張加速基本粒子時，容易碰撞希格斯粒子者就較難加速（質量較大），碰撞機率較低者即容易加速（質量較小）。由此類推，光子、 W粒子和Z粒子等本來都不具備質量，但W粒子和Z粒子即因與希格斯粒子碰撞的機率較高，因此認為其質量較大。

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