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。