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夸克之內別有洞天?

如果在目前已知最小的物質組成粒子內，還有尚未發現的粒子世界，物理學會發生什麼改變？
撰文?林肯（Don Lincoln）翻譯?甘錫安

■1869年，門得列夫（Dmitri Mendeleev）發現化學元素的性質有一定的重複模式，因此創立了元素週期表。物理學家後來認為，這種重複模式源自原子的結構。今天在粒子物理學中，或許也會出現相同的狀況。
■目前已知的12種基本粒子也有重複模式，因此可能並非真正基本，而是包含更小的粒子。物理學家暫時將這種粒子稱為「前子」（preon）。
■ 但是，其他證據並不支持這種可能性。歐洲核子研究組織（CERN）的大強子對撞機（LHC）和一些其他的實驗，或許可以解決這個問題。

宇宙是個既複雜又難以理解的地方。
我們在空氣中行動自如，但沒辦法穿牆而過。太陽將一種元素轉變成另一種元素，讓地球沐浴在溫暖和光亮之中。無線電波可以將人類的聲音從月球表面送往地球，γ射線卻可能對我們的DNA造成無法復原的損害。從表面上看來，這些現象之間似乎互不相干，但是物理學家發現了若干原理，再整合成極度簡潔的理論，能夠解釋包含這些在內的許多現象。這項理論稱為粒子物理學的「標準模型」，涵括了使牆壁形成固體的電磁力、使太陽放射出光和熱的核力，以及現代通訊賴以運作和可能威脅人類健康的各種光波。

標準模型是史上發展得最成功的一項理論。本質上，這個模型假設無法再加以分割的物質粒子有兩種，分別是夸克和輕子。不同種類的夸克構成了質子和中子，最常見的輕子則是電子。適當比例的夸克和輕子可構成各種原子，再進一步構成宇宙中的各種物質。這些構成物質的粒子由四種力結合在一起，分別是大眾相當熟悉的重力和電磁力，以及較不熟悉的強核力及弱核力。電磁力與強、弱核力是透過交換「玻色子」來傳遞，但由微觀角度來解釋重力的各種嘗試，至今尚未成功。

標準模型還有其他問題無法解答，例如：力為什麼有四種，而不是三種或五種？基本粒子為什麼分成兩類，而不能以單一類別涵括全部的粒子？