叫三声夸克
卞毓麟

    有一种礼品盒，看上去只是一个盒子，不知道里面是空的，还是装了什么东西。打开来看看，里面又是一个盒子。好奇心驱使，打开这个盒子，里面仍然是一个盒子……，盒子里装盒子，不知道最里面的盒子里面到底是什么。
    物理学家在研究物质结构的时候，也遇到了一个类似的问题：最里面的是什么？
    世界上的物质千千万，石头、铁、空气、水……形态不同，性质各异，但有一点是相同的，最小单位都是原子。铁的最小单位是铁原子，氢的最小单位是氢分子；水的最小单位是水分子，不过，水分子是由两个氢原子和一个氧原子组成的。
    世界上的物质千千万，分到最小的单位，分到原子这一步就算到头了。自古以来都认为原子是不可再分的了。
到了19世纪末，X射线的发现促使人们思考，是不是盒子里还有一个盒子？果然，进入20世纪以后，人们发现原子不是最小单位，在原子内部，外围是电子，中心是原子核。原子的质量几乎全部集中在原子核。原子核本身却十分微小，大约10万个原子核排成一条直线才相当于一个原子的直径。
    好奇心驱使科学家进一步研究原子核的结构，发现原子核是由质子和中子组成的。人们产生了一个新的看法：原子是由电子、质子和中子等基本粒子构成的。把这些粒子叫做“基本粒子”，好像是说原子这个盒子里，也就是这种些东西了。
    可是，后来科学家在宇宙线中发现了一些新的粒子，在实验室里，在加速器中发现了更多的粒子，基本粒子的数量猛增到300多种，据新报道说，已经达到了700多种。
    物理学家分别为这些微小的粒子取了一个名字：光子、介子、中微子、用字母命名的K子以及什么什么子……还测定了它们的质量是多少，带有什么样的电荷，如何自旋（左旋还是右旋），寿命多长，就像调查户口似的，记入了档案，再加以分析。
    经过分析，发现大多数基本粒子是不稳定的，寿命很短，很容易转化为其他基本粒子。这些基本粒子的质量大小差别很大，可以根据质量大小来分类。还有另一种分类方法，它把基本粒子分为两类，一类是轻子，另一类是强子。
电子和中微子属于轻子，轻子的数量比较少；绝大多数的基本粒子都属于强子，其中包括质子和中子。面对数量如此之多的强子，科学家们又在思考了。
    这又是一个“盒子里还有盒子吗”一类的问题，科学家从实验里已经感觉到，强子内部有结构。这好比拿起盒子摇一摇，听到响动，可以初步判定盒子里有东西。
    这时候，科学家充分发挥了想像力。美国科学家盖耳曼提出了一个“夸克模型”，说是所有的强子都是由3种夸克构成的。
    夸克是译音，意思是海鸟的叫声。因为在长诗《芬尼根之觉醒》中有一句话：“向麦克老人三呼夸克。”盖耳曼把夸克借用过来，无非是一语双关，说明每一个强子都有3种夸克。
    想像固然浪漫，盖耳曼的理论被大多数人接受了。这等于承认了盒子里有东西。
    知道了有夸克这种物质，那就得把它找出来。要把想像中的夸克变成真实的夸克并不容易，找了20年，也没有发现夸克的踪迹。人们有点泄气了。没想到1976年，旅美华人科学家丁肇中发现了J粒子。J粒子的J与中文的丁字非常相似，这也给这种新粒子命名的妙处。新粒子的发现，引起种种猜测，J粒子是不是第四种夸克？这一发现，又唤起了寻找夸克的热情。
    1976年以后，对夸克又有了新的认识，说夸克不止3种，还有第四、第五、第六种，理论更深入更复杂。
    这时又有一种说法：为什么夸克不能脱离其他粒子而独立存在呢？这真是怪事，仿佛士兵犯了错误被禁闭而失去了自由，难道就没有一个自由夸克吗？
    还有人说，物质的最小结构也许就到此为止了。盒子里装盒子，发现的盒子已不少了，按顺序是原子——原子核——强子——夸克。
    在研究夸克的时候，发现夸克与3这个数字特别有缘，3呼夸克，3种夸克；夸克的种类多了以后，夸克又可以分成3组，人们把这种组叫做“代”，也就是夸克有3代。
    可是，夸克的第三代里还缺一个夸克，科学家假设它叫顶夸克。1994年4月6日，在费米实验室，终于发现了顶夸克的存在。
    在费米实验室，有一个加速器，地下的环形隧道长达6.4千米。在长达8年的时间里，先后有900名科学家在这里工作，终于找到了顶夸克。这一发现，证实了夸克是存在的，证实了顶夸克是第三代。
    新的发现，带来了新的希望，也带来了新的问题：
    “3”字有什么意义？
    为什么只证实了顶夸克的存在？
    而最基本的问题仍然是：物质的最小结构就是夸克吗？
    盒子里还有盒子吗？
叫三声夸克 
                                             
【预习作业】 
一、你能给下列加点的汉字注音或根据拼音写出汉字吗？ 
丁____(zhào) 中                 ___( jìn )闭 
    泄（       ）气                 隧（   ）道 
二、物质的最小单位究竟是什么？是原子吗？是原子核吗？是强子吗？是夸克吗？ 
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三、夸克这一概念十分难懂，如果你来介绍你会怎么介绍？本文作者又是用什么办法把这一概念讲清楚讲明白的？ 
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3、我们应该学习科学家在认识物质结构基本组成的过程中的哪些科学精神？ 
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四、背景材料阅读。 
目前人们一般认为：光子是电磁作用的媒介子，电子和原子核之间存在电磁作用，这种电磁作用通过光子来传递。介子是由两个正反夸克组成的粒子，它在质子和中子之间传递强相互作用。质子是由两个上夸克和一个下夸克组成的粒子，介子、质子的共同点是它们都是由夸克组成的。胶子是夸克与夸克之间作用的媒介，由于胶子的作用，多个夸克才能组成质子、中子、介子之类的更大粒子。  
    介子是自旋为整数、重子数为零的强子，参与强相互作用。介子属于强子类。根据夸克模型，介子是由一个夸克和一个反夸克组成的束缚态，这一对夸克和反夸克可以是不同味的。 
【课堂作业】 
阅读下面的课内语段，回答问题。 
经过分析，发现大多数基本粒子是不稳定的，寿命很短，很容易转化为其他基本粒子。这些基本粒子的质量大小差别很大，可以根据质量的大小来分类。还有另一种分类方法，它把基本粒子分为两类，一类是轻子，一类是强子。 
电子和中微子属于轻子，轻子的数量比较少，绝大多数的基本粒子都属于强子，其中包括质子和中子。面对数量如此多的强子，科学家又在思考了：还有比质子和中