原子、质子、中子、电子等微观粒子有寿命吗？答案颠覆三观
路平2019-12-10 14:01
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如何评判一个粒子的寿命？
如今我们通常认为古希腊是科学的发源地，在古希腊有个学者叫德谟克利特，他提出了著名的原子论，他认为宇宙是由原子和虚空构成的，其中原子的定义就是不可再分的粒子。德谟克利特的“原子”其实我们现在的原子定义已经不一样了，而且他仅仅是从哲学思辨的角度来诠释。
但是德谟克利特其实给我们提供了一个很重要的思路，构成物质的基本单位其实可以从可不可再分来切入。“原子、质子、中子、电子等粒子”是不是存在着寿命，其实也是遵循着这条规律。我们都知道，原子是由电子和原子核构成的，其中电子已经不可再分了，而原子核又是由质子和中子构成，质子和中子并非是不可再分的，而是可以继续往下分，还能再分为夸克。
按照目前的理论来看，夸克和电子已经是不可再分的。因此，科学家下了这么一个定义，他们把像夸克、电子这一类粒子称为基本粒子，是不可再分的。其中包括夸克家族和轻子家族，轻子家族有电子、μ子、τ子和中微子。
而粒子物理标准模型中的光子、Z玻色子、W玻色子、胶子亿希格斯玻色子，实际上是传递作用的，是基本粒子的粘合剂，正是有了它们才能够成粒子。
基本粒子的寿命
通过这样的方式，我们把原子、原子核、质子、中子和夸克家族、轻子家族的粒子区分开。那我们就先来说说基本粒子的寿命。按照目前的理论，它们都是没有寿命的，或者我们可以理解成它们宇宙同生同灭，宇宙的寿命就是这些基本粒子的寿命。
就拿夸克来说，夸克是被强相互作用束缚在质子或者中子内的。强相互作用的机制和我们熟悉的引力正好相反。一定的尺度内，强力随着夸克之间距离的增大而增大，所以夸克就被束缚在了一定的范围之内，夸克就好像被关了禁闭一样。
原子和原子核
除了基本粒子，其他的粒子理论上应该都是有寿命的，这里要强调一下，理论上是有的。我们用半衰期来描述这些粒子的寿命，意思是如果你有一坨同一类的粒子，一般的粒子发生了衰变所需要的时间就是半衰期。
科学家发现，原子序数高于铁元素的原子都有裂变的趋势，也就是变成两个更小的原子核。当然，不同的原子的半衰期其实是不同的。
在军事方面所使用的原子弹，其实就是利用到了这一点，用一个中子去撞击U235，使其裂变成两个更小的原子核，整个过程丢失一部分质量，这部分质量以能量的形式释放出来。
我们比较常见的衰变其实有三种，分别是α衰变，β衰变，γ衰变。
前两种衰变都属于原子核层面的衰变，前者释放出一个氦原子核，后者释放出一个电子。而一般都会伴随着γ射线，这是放出一定的能量让自己稳定。所以，原子和原子核应该结合起来看，原子的衰变本质上就是原子核的衰变，所以，它们都是有寿命的。
质子和中子
质子和中子的情况要稍微复杂一点。它们到底会不会衰变，实际上和它们所处的环境有很大的关系，就拿中子来说，如果不是被束缚在原子核内，那这个自由中子大概平均15分钟就会发生衰变。
但如果是束缚在原子核内的中子，就不太容易发生衰变。但并不是不衰变，只是很少会发生，发生的也是β衰变，上文已经提到了，这里就不赘述了。
同样的，没有被束缚在原子核的质子也容易发生衰变。但是，质子有个很奇怪的现象，那就是束缚在原子核内的质子至今也没有发生一例衰变的现象。因此，我们不知道质子在原子核中有没有半衰期，或者半衰期是多少。相关的假说也有很多，但并没有得到实验证实。所以，质子在原子核内的半衰期其实是一个谜，照现在的形式来看，如果我们的理论物理学没有大幅度的突破，那这个谜可能永远都解不开。
总结
最后，我们来总结一下，我们可以把粒子分为基本粒子和非基本粒子。
基本粒子没有寿命，和宇宙同生同灭。非基本粒子中，原子和原子核的寿命其实是一回事，是有寿命的。没有束缚在原子核内的中子和质子都会发生衰变，也就是都有寿命。而被束缚在原子核内的中子也有寿命，但要远比只有的中子长得多，至于束缚在原子核的质子的寿命目前还只是一个谜。
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