我們知道，原子是由質(zhì)子、中子和電子的某種組合構(gòu)成的。最簡(jiǎn)單的原子氫只有一個(gè)質(zhì)子，并且只有一個(gè)電子圍繞著它轉(zhuǎn)。但事實(shí)證明，有一個(gè)比氫更簡(jiǎn)單的“原子”。它被稱為緲子偶素或 μ 子素，它可以幫助研究人員了解物理學(xué)中的奧秘。
μ 子素得名于一種叫做 μ 子的粒子，它是一種幾乎與電子完全一樣的粒子，但它們之間有兩個(gè)關(guān)鍵區(qū)別。首先，μ 子的質(zhì)量大約是電子的 200 倍，但仍然比質(zhì)子輕大約 9 倍。其次，它不穩(wěn)定，大約百萬分之二秒后，它會(huì)自發(fā)衰變，留下一個(gè)電子和其他亞原子粒子。
這百萬分之二秒對(duì)于像我們這樣的人類來說短得難以察覺，但對(duì)于 μ 子來說，足以讓它與其他粒子相互作用。不僅如此，它還可以與其他粒子建立關(guān)系，例如制造看起來很像氫原子的東西！但是，μ 子帶負(fù)電，而氫的中心是一個(gè)帶正電的質(zhì)子，那么 μ 子怎么會(huì)形成像氫原子的東西呢？
事實(shí)上，μ 子素并不包含 μ 子，相反，它使用反 μ 子。每種類型的亞原子粒子都有一個(gè)質(zhì)量相同但電荷相反的反物質(zhì)對(duì)應(yīng)物。反 μ 子的質(zhì)量與 μ 子相同，衰變的時(shí)間也相同，但它所帶的是正電荷而不是負(fù)電荷。關(guān)鍵點(diǎn)：正電荷的強(qiáng)度與質(zhì)子的正電荷完全相同，因此，如果一個(gè)普通的電子在反 μ 子周圍的軌道上運(yùn)行，那就形成了類似原子的東西。
在化學(xué)方面，重要的是它們具有相同的電荷，而質(zhì)子和反 μ 子之間的質(zhì)量差異并不是那么重要。因此，如果忽略其超短壽命，μ“原子”作為一種化學(xué)物質(zhì)的作用幾乎與基于質(zhì)子的氫原子的作用完全相同，這就是一些科學(xué)家認(rèn)為 μ 子素是最輕的氫的原因。就像其他形式的氫（如氘和氚）一樣，化學(xué)家給 μ 子素賦予了一個(gè)榮譽(yù)化學(xué)符號(hào)：Mu。如果你愿意將 Mu 視為一個(gè)元素，那么它就成為宇宙中最簡(jiǎn)單的元素。
如今，反 μ 子很容易在粒子加速器中產(chǎn)生。但它們最初的速度非?？?，而制造 μ 子素需要慢它們的速度。這可以通過在路徑上放置鋁箔或金箔來實(shí)現(xiàn)，通過讓反 μ 子撞擊電子等來減慢它們的速度。當(dāng)它們變得足夠慢時(shí)，“異性相吸”就開始發(fā)生了。帶正電的反 μ 子可以剝離一些圍繞其他原子運(yùn)行的帶負(fù)電的電子，從而形成 μ 子素。
現(xiàn)在，物理學(xué)家并不是為了好玩而制造這些奇異的原子。他們之所以制造 μ 子素 ，是因?yàn)樗梢宰屗麄兪褂迷游锢韺W(xué)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)技術(shù)來研究亞原子。例如，每種原子都有其發(fā)射和吸收的獨(dú)特顏色序列，它被稱為光譜?；旧希梢宰尶茖W(xué)家更多地了解給定原子的亞原子結(jié)構(gòu)和特性。
μ 子素也有自己的光譜，由于其結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，因此理論計(jì)算會(huì)更容易。因此，科學(xué)家們可以非常精確地研究其光譜，并與理論進(jìn)行對(duì)比，這讓他們能夠?qū)ふ谊P(guān)于 μ 子理論失效的地方。由于這些理論傾向于描述其他粒子的行為方式，因此它變成了所有粒子物理學(xué)的試驗(yàn)臺(tái)。
除此之外，μ 子素還可能會(huì)回答一個(gè)更具體的問題：引力。具體來說，引力是否像吸引普通物質(zhì)一樣吸引反物質(zhì)？這個(gè)問題很難回答，因?yàn)闆]有人制造出足夠的反物質(zhì)來正確地“稱量”它。μ 子素可能是這個(gè)問題地解決方案，它相對(duì)容易制造，而且作為一個(gè)整體是電中性的。這意味著科學(xué)家們將更容易剔除掉由電磁力引起的影響，并只關(guān)注引力的作用方式。
本文來自微信公眾號(hào)：萬象經(jīng)驗(yàn) （ID：UR4351），作者：Eugene Wang
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