四种粒子，四种人生

　　在太阳的核心，核聚变会创造出大量的光子。从核心到太阳表面的路途中，光子会不断地撞上电子和质子。直到几十万年后，它们才有机会离开太阳表面，直奔地球。
　　虽然我们每天都能感受到阳光的温暖，但很少有人会去思考，光是什么？直到17世纪， 牛顿 在一间屋子里，设法将来自太阳的光穿过棱镜。牛顿发现，过去人们所认为的白光，实际上是可以分解成不同颜色的光，从而揭开了光的五彩斑斓的一面。自牛顿的时代起，更多的人也开始思考光的本质究竟是什么。
　　马克·麦考林的红外人生
　　今天，在许多人的努力下，我们知道光不仅是由粒子，即 光子 组成的，它同时也是一种波。而牛顿所观测到的可见光，实际上只是整个电磁波谱 的一部分。肉眼看不见的光还包括伽马射线、X射线、紫外线等等。
　　宇宙中有许多不同的物体，它们会释放出不同波长的光。 马克·麦考林 是欧洲航天局科学与探索高级顾问，他最感兴趣的是电磁波谱中的红外波段。通过红外望远镜，他看到了许多光学波段无法看到的靓丽风景。
　　图片来源：《成为科学家》
　　王贻芳与幽灵粒子
　　事实上  ， 太阳核心的核聚变不仅会产生光子，也会产生大量的另一种粒子—— 中微子 。但与光子不同的是，中微子可以毫无阻碍地飞出核心直抵太阳表面，这是因为它们几乎不与物质相互作用。在我们的日常生活中，每秒都有难以计数的太阳中微子在穿过我们的身体，只是我们毫无察觉。
　　中微子与光子、电子一样，都属于基本粒子。为了描述基本粒子间的相互作用，上个世纪70年代，物理学家发展了 粒子物理学的标准模型 。尽管标准模型在过去获得了极大的成功，但它并不完备，有许多问题是它无法解释的。而通过中微子实验，物理学家或许就能发现突破标准模型的线索。
　　在所有中微子＂捕手＂中，中国科学院院士 王贻芳 非常具有代表性。因为他领导的团队发现了中微子的第三种振荡模式。
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　　丽莎·兰道尔的维度之旅
　　标准模型的另一个问题是，它只描述了自然界中的三种基本力，即 电磁力 、弱力 、强力 ，而并没有囊括引力 。引力是我们每天都会体验到、也最熟悉的基本力。在弱引力场的环境下，我们只需要应用牛顿的万有引力定律；但当在一些极端引力的环境下，我们就需要爱因斯坦 的广义相对论 。广义相对论告诉我们引力是时空弯曲的结果，并且预言了引力波 、黑洞 等其他奇妙的现象。尽管如此，我们对引力仍不够了解。
　　一个令物理学家困惑的问题是，相比于其他三种基本力，为什么引力那么微弱？哈佛大学的终身教授 丽莎·兰道尔 认为答案或许就隐藏在额外维度 中。我们生活在一个三维空间+一维时间的四维时空之中，但这并不代表就不存在更多的维度。额外维度理论预言了一种粒子，被称为卡鲁扎-克莱因粒子 （KK粒子） 。物理学家将希望寄托于对撞机，希望能够通过将高能粒子对撞产生这种假想粒子，从而在实验上证明额外维度理论。
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　　探索宇宙阴暗面的常进
　　除了在引力上的研究  ， 丽莎还曾提出，在6600万年前，造成那场恐龙大灭绝的罪魁祸首其实是 暗物质 。
　　上个世纪的种种天文观测表明，宇宙中应当存在着大量的暗物质。但暗物质究竟是什么？至今没有人知道。它可能是一种或多种粒子，由于它不参与电磁相互作用，所以我们无法看见它，它是标准模型无法描述的存在。
　　几十年来，为了寻找暗物质粒子，科学家费尽心思，提出了各种各样的方法。上个世纪末，中国科学院院士 常进 提出了通过高能电子和伽马射线探测的新方法来寻找暗物质。2015年，常进主导的暗物质探测卫星＂悟空号 ＂发射升空，预示着属于中国的空间科学时代已经到来。
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　　一起追光
　　300多年前， 惠更斯 和牛顿开始思考光的本质，并分别提出了波动说和微粒说。100多年前，爱因斯坦颠覆了牛顿的引力观，从而改写了我们对宇宙的认知。90多年前，泡利 为了解释β衰变的能量守恒问题，提出了他自己都认为无法找到的中微子。50多年前，鲁宾 在研究星系自转时发现它们转得太快了，从而假定宇宙中存在暗物质，进一步验证了兹维基 在80多年前的猜测。正是在这些巨匠的思索下，我们才对宇宙有了更深刻的理解，也引发了一次次的革命。他们就像光一样，照亮了一代又一代人前行的道路。
　　#创作团队：
　　文：原原
　　排版：雯雯
　　#参考来源：
　　文中插图及部分文字整理自《成为科学家》（腾讯青年发展委员会著，中信出版集团），经授权使用。