編者注:本文最初發表於1997年9月刊的《大眾科學》(原始PDF版本可在下方購買)。我們重新刊登這篇文章是為了紀念Tevatron的結束。
1995年3月,科學家們聚集在費米實驗室——位於伊利諾伊州巴達維亞,芝加哥附近的費米國家加速器實驗室——參加一個倉促召開的會議,見證一個歷史性事件。在背靠背的研討會上,來自實驗室內部競爭實驗的物理學家宣佈發現了一種新粒子,頂夸克。對粒子物理學標準模型中最後一塊缺失部分的數十年 खोज 終於結束了。
頂夸克是第六種,也很可能是最後一種夸克。與輕子——電子及其親屬——一起,夸克是物質的組成部分。最輕的夸克,被稱為“上”夸克和“下”夸克,構成了我們熟悉的質子和中子。與電子一起,這些構成了整個元素週期表。較重的夸克(如粲夸克、奇異夸克、頂夸克和底夸克)和輕子,雖然在大爆炸後的早期時刻很豐富,但現在通常只在加速器中產生。《標準模型》描述了這些基本組成部分之間的相互作用。它要求輕子和夸克都成對出現,通常稱為世代。
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物理學家自1977年其夥伴底夸克被發現以來就知道頂夸克一定存在。但事實證明,頂夸克非常難以找到。雖然頂夸克是一種沒有可辨別結構的基本粒子,但事實證明它的質量為1750億電子伏特 (GeV)——相當於一個金原子的質量,遠大於大多數理論家的預期。質子由兩個上夸克和一個下夸克組成,質量略低於 1 GeV。(電子伏特是能量單位,透過E = mc2與質量相關。)