物质科学

物质科学作为自然科学的基础，在实现其与生命科学的结合和发展能源科学、环境科学、信息科学、材料科学等改善人类生存条件和促进社会进步的关键科学技术而将继续发挥主要的基础作用。

　　

　　近代以来的物理学研究发现，物质是由不同层次的微粒构成的，形成了一个阶梯系列。二三百年前，人们发现物质由分子及原子组成。到19世纪末，在科学实验基础上，科学家认识到原子由原子核和核外电子构成。原子很小，直径约亿分之一厘米。原子核大约是原子的10万分之一，电子则更小，大约是原子的亿分之一。再进一步，人们发现原子核又是由质子和中子组成的。

　　

　　到此，曾有人以为找到了构成物质的最小“砖块”。然而，不久人们就发现了这种认识的局限性。

　　

　　通过对宇宙射线的观察分析和高能加速器的实验，又发现了比上述微粒更小、更基本的大批新粒子，如介子、中微子、反粒子以及组成质子、中子的夸克等，达到几百种之多。其中，大部分在自然界中并不存在，而是在高能束流的轰击下才产生出来的。

　　

　　微观粒子之间存在不同的相互作用。根据这些相互作用力的特点，可把几百种粒子分为强子、轻子和传播子三类。

　　

　　强子是指参与强相互作用的那些粒子，包括质子。中子、π介子等。强子有其内部结构，由夸克组成。夸克有上、下、奇、粲、底、顶6类，每类有3种，共18种。1995年，科学家用高能物理实验证实了顶夸克存在的预言，这是近年来关于物质结构研究的一项重大进展。

　　

　　轻子与强作用无关，只参与弱力、电磁力和引力相互作用，如电子、中微子、μ子、τ子等。1992年，我国北京正负电子对撞机成功实现了τ轻子质量的精确测定，取得了国际高能物理界瞩目的结果，使我国在该高科技领域占有一席之地。

　　

　　微观世界作用力的传递是由粒子完成的。

　　

　　这些粒子即称传播子，也属于基本粒子范畴，传递强力的称胶子，传播电磁力的是光子，弱力的传播子是中间玻色子W+、W+和Z0。

　　

　　夸克、轻子是不是就是最基本的物质结构单元呢？也不是。已有许多迹象表明，它们也可能还存在内部结构。对更微观层次的探究，是当代科学研究的最前沿之一。1979年的诺贝尔物理奖得主格拉肖曾建议，假如一旦在实验上发现了比夸克更小的微粒，应命名为“毛子”，以纪念毛泽东关于物质无限可分的哲学思想。这一设想虽尚未实现，但说明了科学家对辩证思维的重视。

　　

　　人们会问：这样无限分下去有什么意义呢？一是哲学上的意义，证明世界的物质性和人类认识永无止境；二是科学理论上的意义，丰富了人们关于物质世界的基本知识；三是实践上的意义。当年对原子核内部结构的探索，导致了核能的广泛利用和开发。反物质有可能成为未来人类更强大的能源。除这些以外；研究超微观世界，需要庞大的高能实验设备，如对撞机、加速器等，这些设备的研制是高技术发展极强的推动力量，如我国自行设计、研制的北京正负电子对撞机，不仅取得了“精确测量τ轻子质量”这一高水平理论研究成果，而且，在对撞机的研制过程中，还带动了一大批高技术的发展。
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