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量子阶梯

量子阶梯(quantum ladder)上的三个层次分为:原子、核、亚核。

首先是原子的范围(atomic realm),它涵盖原子的世界,它们的交互反应,以及由它们形成的结构,诸如分子、液体和固体、气体和等离子体(plasma)。这一范围内包括原子物理、原子化学、以及在某种意义上原子生物学的全部现象。在这一范围内发生的能量交换具有一种较低的序列。假如这些交换低于一个电子伏特(electron volt)的话,例如房间内的空气分子之间发生碰撞,那么,原子和分子即可被视作基本粒子(elementary particle)。换言之,它们具有"有条件的基本性",因为它们保持其原有身份,在任何这类低能量交换的碰撞或其它过程中保持不变。假如来到更高的能量交换层,比如说10电子伏特,那么,原子和分子将会分解成为核(nucleus)和电子;在此层次上,后两种粒子必须被视作基本粒子。在地球上,在行星上,以及在星球的表面,我们可发现量子阶梯这第一个梯极上的结构和过程的实例。

下一个梯级为核的范围(nuclear realm)。这里,能量交换层次来得更高,在数百万电子伏特的序列上。只要我们所处理的是原子范围内的现象,如许数量的能量是不可能获得的,绝大多数的核表现为惰性的:它们不会发生变化。但是,当我们应用数百万电子伏特的能量时,核反应,即核裂变为核聚变,以及放射过程一并发生;这样,我们的基本粒子便是质子(proton)、中子、以及电子。此外,核反应过程还产生中微子(neutrino),一种质量或电荷均无法测定的粒子。宇宙中,该层次上的能量可在星球中央或星星爆炸中获得。实质上,星星辐射出来的能量就是核反应产生的。我们在地球上所发现的自然放射现象是自某个时候起历时长久的残留物所致当时,现在地球上的放射物由一次重大的星星爆炸驱入太空。

量子阶梯上的第三梯级乃亚核的范围(subnuclear realm)。这里,我们所处理的是许多亿电子伏特的能量交换。我们遇到的是活跃的核子(nucleon)、新的类型的粒子,诸如介子(meson)、重电子、夸克(quark)、以及胶子(gluon),还有大量的反物质(antimatter)。胶子是某股力量(一般强大的力量)的量子,或曰最小的单位;正是这股力量将夸克结合在一起。只我们所处理的是原子的或核的范围,这些新的类型的粒子便不会产生,核子保持其惰性特征。但在亚核能量层上,核子和介子似乎是由夸克构成的,这样,夸克和胶子便充当基本粒子。

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