科學家是利用什麼手段得知粒子內部結構的?

科學探索菌


對於粒子內部結構的研究,是隨著人類對粒子的認知不斷提高而改變的。

一、猜。

自從前6世紀古希臘的哲學家,如德謨克里特斯和伊比鳩魯等,把構成物質最小單位命名為“原子”,到了1802年,約翰·道爾頓完善原子理論,正式提出不同元素物質的最小構成就是原子,不同原子按不同數量比例構成化合物。後來約瑟夫·湯姆孫發現了原子中存在電子,認為負電荷電子像棗糕中的大棗(或西瓜上西瓜仔)均勻分佈正電荷蛋糕上,再後來盧瑟福認為電子和原子核像宇宙中太陽和行星一樣,盧瑟福的學生波爾在行星模型基礎上,在結合原子光譜研究中,提出了原子軌道模型,完善了原子核。

『此處幻想已加入棗糕模型圖片,也可以翻我以前問答』

因此,研究粒子結構第一步,是根據實驗已知結果,發動想象力,猜!然後在後續實驗中慢慢驗證。

二、接受宇宙射線。

在對原子核及其內部粒子更加深入理解的基礎上,科學家們開始把目光投向茫茫宇宙,希望捕捉一隻宇宙大爆炸時產生的粒子。最典型的設備就是我國在貴州修建的FAST。

『此處幻想已加入貴州大火鍋圖片』

雖然無異於大海撈針,但這確實也是研究方法之一。

三、高能粒子對撞實驗。

既然撈宇宙中粒子很費勁,於是科學家就開始利用加速器,把粒子(電子、中子)加速,然後對撞或去轟擊其他粒子,人為導致了裂變和聚變,從而發現更多粒子。

玩高速對撞是一項燒錢遊戲,沒點經濟實力是建不起的,原來只是日本、美國、德國、法國等國家能玩的。隨著我國實力增長,現在我國在深圳大亞灣建設了反應堆中微子實驗工程,目前一期結束,水平相當於國際中上游水平。

『此處幻想已加入高能粒子對撞機圖片』

因此,可以預計,我國的粒子結構研究,未來會領先於世界。


科普新視界


微觀粒子是自然界的奧秘,它“微”到人類無法用肉眼發現。

許多科學家日復一日在辦公室冥思苦想,在實驗室搗鼓儀器觀察忙碌,在與同行交流討論,在著書立論。讓普通人看的一頭霧水。這些人活在另一個思維世界空間,甚至無法簡潔回答最樸素的問題。

例如,英國物理學家道爾頓最早發現原子可以再分割,原子中有更小的微粒電子。他被問道;“先生,您切開的原子核桃,瓤是什麼樣的?生的還是熟的?紅的還是白的?液體還是固體?”哈哈,這個問題不好回答,也三言兩語說不清。

言歸正傳;

人類研究基本粒子,是建立在好奇猜想的基礎上。先提出觀點,再試圖建立理論構想模型,然後
藉助科技進步產生的觀察、檢測、驗證方法和手段去偽存真,得以證明。

研究基本粒子的方法和手段,筆者知道皮毛的有;藉助光學顯微鏡,電子顯微鏡、超高速攝影、高敏感光和其它顯象方法,色譜分析、藉助電磁場作用、藉助粒子高能碰撞等,去發現粒子運動的蛛絲馬跡,並分析尋找它們的運動規律。這些研究成果經它人重複驗證,然後得到科學界的一致(或多數)承認。

普通人應相信研究基本粒子科學家不是“巫師”搗鼓“巫術”,世界“核蘑菇雲”升起就可證明。


如今,人類藉助自己的智慧,已經能捕捉到幾乎被認為沒有質量的宇宙“幽靈”中微子,並還能分析出它具有三種振盪運動方式。對中微子振盪的研究,中國科學家最有可能獲得諾貝爾物理獎。中國在大亞灣核電站山地裡建有龐大實驗室,研究水平和成果居世界前列。


諶人


為了探究物質的結構,科學家採用了一種有效的方法,就是根據已知的現象,提出一種結構模型的猜想,再用實驗來檢驗自己的猜想,從而弄清物質的內部結構.


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