粒子物理14｜汤川秀树预言π介子，μ子现身宇宙线( 二 ) 你小时候玩过积木没有？没玩

同样的，别人现在预言了新的粒子，那实验物理学家就需要寻找这种新粒子，不过在当时的实验室并没有一个像样的加速器，而根据预言想要产生π介子至少要有几百兆电子伏特的能量，而当时常用放射源释放出来的粒子的能量也只有几兆电子伏特。
所以想在实验室找到π介子基本上是不可能的，不过，在粒子对撞机做出来以前，大自然就已经给人类提供了一个高能粒子设备，就是宇宙线。
这些宇宙线是来自外太空高能粒子流，基本上都是由质子组成的，这些能量极高的质子撞上大气中的氧、氮分子以后就会产生一些新的粒子。
所以当时粒子物理学家的实验场所都在山上，因为越往高处走越靠近碰撞的地点，发现的新粒子的机会就更大。

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1936年安德森和纳德梅逸就把实验设备装在平板车上，拉到了落基山脉的派克斯峰的峰顶，安德森之前已经在宇宙线中尝到了甜头，因为它在1932年的时候就在宇宙线中发现了狄拉克预言的正电子，获得了诺奖。
所以他这次的目标也很明确，就是奔着π介子去的，到了1937年时候，他俩就在宇宙线中发现了一种新粒子，他的行为跟电子的行为很像，根据电磁偏转可以知道它跟电子一样，也带负电，也可以跟正电子一样，带正电。并且测量出了它的质量是电子207倍。
除了质量的差异以外，这东西完全就是长胖以后的电子，所以当时人们先叫它重电子，后来觉得这个名字不好，而且当时觉得从质量上看，这有可能就是汤川预言的π介子，所以就先简称它为介子。

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不过很快人们就发现，这种新粒子与核子之间作用力很弱，只有电磁作用力的强度，很明显，这种新发现的粒子并不是汤川预言的π介子，因此就把这种新粒子更名为μ子。
现在我们知道μ子，确实不是所谓的介子，它属于轻子，跟电子一样自旋是1/2 ，就像前文说的，电荷和电子的情况一样，完全就是吃胖了以后的电子，除了质量的差异以外，它几乎跟电子一摸一样。
还有， μ子它不稳定会，在2×10^-6秒发生衰变，比如一个负μ子，它会衰变成一个电子，一个反电子中微子，一个缪子中微子。
一个正缪子会衰变成一个正电子，一个电子中微子，一个反缪子中微子。可以看出以上的两个反应其中的电荷和轻子数都是守恒的。
也可以看出缪子在衰变的过程中，总是会产生一个和它相关的一个中微子，所以我们叫它缪子中微子，缪子中微子跟电子中微子一样，只是味道不同，还有电子中微子总是跟电子相关，那缪子中微子总是跟缪子相关。
到这里我们就已经知道了四个轻子了，其中电子和电子中微子称为第一代轻子，缪子和缪子中微子称为第二代轻子，这第一代轻子和第二代轻子的唯一区别就是第二代更重一点，其他所有的性质都是一样。这就像是，这个世界上有两个你，另外一个你它的体重是你两百多倍，除了这个差别以外，你俩是一模一样的。
可以看出这基本粒子出现了重复的现象呀，就像我们刚开始说的积木一样，有第一代轻子就已经足够了，第二代完全就是多余的，当然现在我们知道还有第三代轻子，它们是陶子和陶子中微子，目前科学家并不知道为什么基本粒子会重复的出现，为什么会有三代，而不是两代、四代、五代？这些都是未解之谜。