人體里的粒子物理學(xué)

人體里的粒子物理學(xué)粒子小到連普通的顯微鏡都無法看到，但卻與我們每一個人息息相關(guān)——我們不僅由粒子構(gòu)成，我們還會不斷生產(chǎn)粒子，并不斷受到外界粒子的轟擊。歡迎走進人體里的粒子物理學(xué)。構(gòu)成我們的粒子你的身體中，超過99%的質(zhì)量都屬于碳、氫、氮、氧這4種元素，此外還含有少量其它元素，這些微量元素對生命至關(guān)重要。雖然每隔7到15年，你身體里的大多數(shù)細胞都會全部更新，不過許多組成這些細胞的粒子都已經(jīng)存在了數(shù)億萬年之久。你身體中的氫原子是宇宙在大爆炸后不久產(chǎn)生的，碳原子、氮原子和氧原子是恒星燃燒的產(chǎn)物，其它重元素則是由超新星爆發(fā)時產(chǎn)生的。一個原子的大小是由核外電子離原子核的平均距離來決定的，原子的大小是它里面的原子核的大小的10萬多倍，如果原子有足球場那么大的話，那么原子核會比一個乒乓球還小。如果我們失去了所有原子內(nèi)的空隙，那么我們每一個人都會縮小為一粒鉛塵那么大，而整個人類合到一起才只有一塊方糖那么大。原子核里質(zhì)子和中子，都是由3個夸克組成的。夸克的質(zhì)量來自于它們與希格斯場的相互作用，但是夸克的質(zhì)量僅占一個質(zhì)子或中子總質(zhì)量的百分之幾。膠子——強核力的攜帶者，用來把夸克束縛在一起的——完全是無質(zhì)量的。如果你的質(zhì)量大部分都不來自這些粒子的質(zhì)量，那么它們來自哪里？答案是能量?？茖W(xué)家相信，你身體幾乎所有的質(zhì)量都來自夸克的動能以及膠子的結(jié)合能。我們制造出的粒子你的身體也是一個小型放射線源。在一年之內(nèi)，你產(chǎn)生的輻射劑量大約為40毫雷姆，這種輻射劑量相當于你去做4次胸部X光檢查時所遭受的總劑量。如果你每晚都睡在你的愛人旁邊8小時，那么一年之內(nèi)你受到的輻射劑量將會多1到2個毫雷姆。你之所以會產(chǎn)生輻射，是因為你吃的許多食物，喝的飲料，甚至你呼吸的空氣里都含有放射性元素，例如鉀-40和碳-14。它們會融進你體內(nèi)的分子里，發(fā)生衰變并產(chǎn)生輻射。例如，當鉀-40發(fā)生衰變時，它會釋放出一種電子-正電子的反物質(zhì)伙伴，所以你身體也含有少量的反物質(zhì)。一個人平均每天能生產(chǎn)4000多個正電子，換算下來，每小時就會產(chǎn)生180多個正電子。但這些正電子過不多久就會撞到你身體里的電子，發(fā)生湮滅并輻射出伽馬射線。我們遭遇到的粒子我們體內(nèi)產(chǎn)生的輻射，其實只占你日常接觸到的輻射的很一小部分?，F(xiàn)代人平均每年會接收到大約620毫雷姆的輻射劑量。你吃的食物、你住的房子、你走過的巖石和土壤都會使你暴露在低水平的輻射之中。另外，煙草會從化學(xué)肥料獲取許多放射線元素。如果你經(jīng)常吸煙的話，那么你遭受到的輻射劑量可以增加到大約16000毫雷姆，這種輻射劑量可能會誘發(fā)肺癌。來自外太空的宇宙射線不斷打到我們的大氣層中。在那里，它們與其他原子核發(fā)生碰撞，產(chǎn)生介子。其中許多介子會發(fā)生衰變，產(chǎn)生諸如μ子和中微子等各種基本粒子。所有這些粒子都會灑向地球表面，以每秒10個的流量通過你的身體。它們每年會對你貢獻出大約27毫雷姆的輻射劑量。這些宇宙粒子有時會擾亂我們的基因，造成微小的突變——這可能是促進我們進化的一個因素。太陽每時每刻都在產(chǎn)生大量光子，并且釋放大量中微子。中微子是你身體的常客，每一秒鐘就有大約100萬億個中微子穿過你的身體。但是中微子基本不怎么與自己以及其它粒子發(fā)生作用，它們穿過你的身體時，不會留下任何痕跡。除了太陽以外，其他的恒星以及地球上的核反應(yīng)堆也會產(chǎn)生中微子流。另外，宇宙中也有許多中微子在宇宙誕生之初就已經(jīng)存在了，一些比你身體里的原子還老。你也可能常常遭受到暗物質(zhì)粒子的沐浴。暗物質(zhì)不發(fā)射、反射或吸收光，這種性質(zhì)使得它們很難被檢測到。暗物質(zhì)大約占了宇宙物質(zhì)總量的85%左右，比普通物質(zhì)多出許多。通過測量暗物質(zhì)在整個宇宙的密度，科學(xué)家估算出，每秒種會有成千上萬個暗物質(zhì)粒子通過你的身體，它們大約每隔1分鐘就會碰撞到你體內(nèi)的原子上。但暗