夸克
上一篇 / 下一篇 2007-02-04 10:00:45 / 天气: 冷 / 心情: 郁闷 / 个人分类:天文相关知识
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牧夫天文网 hu|"CVL20世纪60年代,美国物理学家默里·盖尔曼和G.茨威格各自独立提出了中子、质子这一类强子是由更基本的单元——夸克(quark)组成的,很多中国物理学家称其为“层子”。它们具有分数电荷,是电子电量的2/3或-1/3倍,自旋为1/2.夸克一词是盖尔曼取自J·乔埃斯的小说《芬尼根彻夜祭》的词句“为马克检阅者王,三声夸克”.夸克在该书中具有多种含义,其中之一是一种海鸟的叫声.他认为,这适合他最初认为“基本粒子不基本、基本电荷非整数”的奇特想法,同时他也指出这只是一个笑话,这是对矫饰的科学语言的反抗.另外,也可能是他喜欢鸟类的原因.
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rM0最初解释强相互作用粒子的理论需要三种夸克,叫做夸克的三种味,它们分别是上夸克(up,u)、下夸克(down,d)和奇异夸克(strange,s)。1974年发现了J/ψ粒子,要求引入第四种夸克粲夸克(魅夸克)(charm,c)。1977年发现了Υ粒子,要求引入第五种夸克底夸克(bottom,b)。1994年发现第六种夸克顶夸克(top,t),人们相信这是最后一种夸克。
%BDa^7J}&E0夸克理论认为,所有的重子都是由三个夸克组成的,反重子则是由三个相应的反夸克组成的。比如质子(uud),中子(udd)。夸克理论还预言了存在一种由三个奇异夸克组成的粒子(sss),这种粒子于1964年在氢气泡室中观测到,叫做负ω粒子。
@@Og eQ7z0牧夫天文网p'D6x}k[,]q3fQ夸克按其特性分为三代,如下表所示:
pm \+@p6Wf0I+g+h#Zo1e ]ePz0符号 中文名称 英文名称 电荷(e) 质量(GeV/c^2)
a8\7OwZe6l0牧夫天文网)qt$`"A!KAu 上夸克 up +2/3 0.004牧夫天文网/k0`6E#Nw|
Nq9y3Mc0d 下夸克 down -1/3 0.008
imp[$Bm(I8E/XE+W0#N:\D,f;b#Y1F0c 粲(魅)夸克 charm +2/3 1.5牧夫天文网6J p:PFL
1[wI,eS i0s 奇夸克 strange -1/3 0.15牧夫天文网7D7kf7l_,P,t o2@
牧夫天文网o,Y ~)cl;?#rt 顶夸克 top +2/3 176牧夫天文网"N1j|$~ kp%|E
牧夫天文网t)`z,U&@pi4U7Ib 底夸克 bottom -1/3 4.7牧夫天文网[3w7|ub(^
5h1xZA^t-v?,c0在量子色动力学中,夸克除了具有“味”的特性外,还具有三种“色”的特性,分别是红、绿和蓝。这里“色”并非指夸克真的具有颜色,而是借“色”这一词形象地比喻夸克本身的一种物理属性。量子色动力学认为,一般物质是没有“色”的,组成重子的三种夸克的“颜色”分别为红、绿和蓝,因此叠加在一起就成了无色的。因此计入6种味和3种色的属性,共有18种夸克,另有它们对应的18种反夸克。牧夫天文网+{7z0Q3p[9CG
牧夫天文网8Ee u#`*D3s)c)e夸克理论还认为,介子是由同色的一个夸克和一个反夸克组成的束缚态。例如,日本物理学家汤川秀树预言的[[π+介子]]是由一个上夸克和一个反下夸克组成的,π-介子则是由一个反上夸克和一个下夸克组成的,它们都是无色的。牧夫天文网&BM+W }'D~"N3eZ
]+B}}rW"C-tv0除顶夸克外的五种夸克已经通过实验发现它们的存在,华裔科学家丁肇中便因发现粲夸克而获诺贝尔物理学奖。近十年来高能粒子物理学家的主攻方向之一是顶夸克 (t)。
n4ld-~ U `:Sg0;o-un }1p`Z/I+]0至于1994年最新发现的第六种“顶夸克”,相信是最后一种,它的发现令科学家得出有关夸克子的完整图像,有助研究在宇宙大爆炸之初少于一秒之内宇宙如何演化,因为大爆炸最初产生的高热,会产生顶夸粒子。牧夫天文网N ~1D8C({.X&UE[
6^Sw&s5x^5@0研究显示,有些恒星在演化末期可能会变成“夸克星”。当星体抵受不住自身的万有引力不断收缩时,密度大增会把夸克挤出来,最终一个太阳大小的星体可能会萎缩到只有七、八公里那么大,但仍会发光。牧夫天文网VmZ9u!BJ]
y)jlHDE)n#C!U0夸克理论认为,夸克都是被囚禁在粒子内部的,不存在单独的夸克。一些人据此提出反对意见,认为夸克不是真实存在的。然而夸克理论做出的几乎所有预言都与实验测量符合的很好,因此大部分研究者相信夸克理论是正确的。
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