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與你相關的那些粒子你都知道?

與你相關的那些粒子你都知道?

138億年前,我們的宇宙從一個極熱和緻密的點開始迅速膨脹。所有的物質和反物質都應該在那個時候相互湮滅,只留下能量。但是!由於某種不對稱的原因,有一部分物質存留了下來。這些「活」下來的粒子構建我們現在可見的宇宙,包括恆星、星系和氣體等等。這些粒子的質量和電荷也正好能夠組成生命體。正是得益於這些粒子,才有了今天的我們。

【組成我們的粒子】

△ 人類的身體都是由四大原子組成的,圖中旋轉的圈圈是不同的原子,各自帶有不同的中子、質子和電子的數量。右邊的兩個三角狀是組成質子和中子的夸克,夸克間的力由膠子傳遞著。

人類的身體有99%都是由氫原子、碳原子、氦原子和氧原子組成的。當然,還有1%包含了很多其它生命體所必須的元素。

人類體內的大部分細胞大約每7到15年都會更新一次,而組成這些細胞的粒子其實已經在宇宙間存在了數十億年。氫原子是在宇宙大爆炸的時候就產生了;碳、氦和氧原子則是在恆星燃盡自己的時候產生的;而體內的重元素則是在恆星大爆炸中製造出來的。

一個原子的大小取決於原子內電子的平均位置。原子核比它的「宿主」小10萬倍。打個比方,如果原子核有花生的大小,那麼原子就有一個棒球場那麼大。原子間存在著很多空隙,如果把原子的空隙都抽取掉,那麼我們整個人類都可以被裝進一顆方糖內!

從上述事實中你或許可以猜到,這些粒子的質量只佔據了我們身體的一小部分。在原子核內的質子和中子各自都是由三個夸克組成的,而夸克的質量是由它和希格斯場的相互作用大小決定的,也只佔了中子和質子百分之幾的質量。膠子把夸克束縛在一起並傳遞著強作用力,而膠子是完全沒有質量的。

這就奇怪了,如果我們身體的大部分質量不是來自這些粒子的,那是從哪裡來的?答案是能量!科學家相信我們身體的大部分質量都是來自這些夸克的動能和膠子的結合能。

【我們製造的粒子】

△ 人類的身體之所以會產生輻射是因為攝入了大量的事物和酒水,吸入空氣中的鉀-40和碳-14會在身體內衰變併產生正電子,正電子會和電子湮滅往外輻射光子。

說完了組成我們的粒子成分,那麼人類的身體會不會製造粒子?事實上,每個人都是一個小型的放射性粒子的礦廠。人類的身體每年會製造40毫雷姆劑量的天然放射性物質。這個劑量大概是你做了四次的胸部X光的檢查。如果你每天和自己的愛人都睡在一起8個小時,那麼你接收到的放射性劑量會增加1到2毫雷姆。( 雷姆是用來描述輻射強度的物理學單位,是一種劑量當量的單位。)

我們之所以會輻射是因為我們攝入了大量的食物和酒水,甚至是從空氣中吸入了鉀-40和碳-14。它們會和身體內的分子結合併最終衰變在你的身體內產生輻射。

當鉀-40衰變的時候,它會釋放出正電子——也就是電子的反物質,所以身體內也會包含一小量的反物質。人類每天平均能產生超過4000個反物質,大概每小時180個。這些正電子並不會呆太久,因為它很快就會和身體內的電子發生湮滅而往身體外輻射伽瑪射線。

在身體里產生的放射性物質只是非常小的劑量,並且是無害的,所以不用擔心。一個人平均每年會接收到620毫雷姆劑量的輻射,這包括了攝入的食物,居住的房子,每天走過的岩石和土壤等,在很多環境下我們都會被暴露在輕微的輻射之下。如果你多吃一點巴西堅果和頻繁去看牙醫也會增加幾毫雷姆。抽煙最糟糕,一下子可以增加一萬六千毫雷姆,戒煙啊!

【穿過我們的粒子】

△ 我們的身體每天都沐浴在宇宙射線,中微子和暗物質之中。

人類的身體每天都被不計其數的粒子穿過,而毫無察覺!這都是哪些粒子乾的好事呢?

首先要說的是宇宙射線,它們是來自外太空的高能粒子流,以接近光的速度進入地球的大氣層。宇宙射線會與大氣層里的其他原子核碰撞而併產生介子,這些介子也會衰變成µ介子和中微子。這些粒子緊接著就會穿透大氣層到達地球表面,並不斷的在你穿透我們的身體。這些粒子每年會在我們的體內增加27毫雷姆的輻射劑量。有時候,這些宇宙粒子可能會破壞我們的基因組織,導致微妙的基因突變,這或許是也是人類進化的一個重要因素。

每天我們都會被太陽輻射出來的光子不斷的穿過我們的身體,除了光子,太陽也同時釋放大量的中微子。中微子是我們身體的常客,每秒鐘大約有數萬億來自太陽的中微子穿過我們的身體。大多數的中微子在大爆炸的前幾秒就已經徘徊在早期的宇宙之中了,比我們身體的原子還老。但是中微子的相互作用很弱,所以即使它們穿越了我們的身體也不會留下任何痕迹。

除了中微子,我們或許也會與神秘的暗物質進行親密接觸。暗物質不輻射,反射和吸收光線,使它變得難以探測,但是科學家通過計算認為暗物質構成了宇宙中85%的物質。通過計算暗物質在宇宙中的密度,科學家認為每秒鐘都有成千上萬的暗物質穿過我們的身體,暗物質大約每分鐘會有一次與身體內的原子發生碰撞。但是暗物質跟構成我們身體的物質只發生輕微的作用,所以它們幾乎不會對我們的身體造成任何顯著的影響。

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