第18章 漫遊粒子世界(4)(1 / 3)

如果將誇克模型與阪田模型做個比較,它們的對應關係是:u誇克→質子(p)、d誇克→中子(n)、s誇克→奇異粒子(Λ)。誇克模型吸取了阪田模型中介子組合的成功之處,也認為介子是由一種誇克與一種反誇克複合而成。比如,π+介子是由(u)組成的,π-介子的組成是(d)2等。

3種誇克與3種反誇克可以有9種不同的複合方式,它們分別是:u、d、s、d、s、u、s、u、d等,可以組成9個介子。其中的8個介子剛好與介子八重態中的各介子相對應,另外一個為單態介子η′。

對於重子,誇克模型認為它是由3種誇克複合而成的。在眾多的重子複合體中,p(uud)、n(udd)、∑+(uus)、Σ°(dus)、∑-(dds)、Ξ°(uus)、Ξ-(dss)、Λ°(uds),這8個重子與重子八重態中的各粒子是一致的;而△++(uuu)、△+(uud)、△°(udd)、△-(ddd)、∑*+(uus)、∑*°(sdu)、∑*-(dds)、Ξ*°(uss)、Ξ*-(dss)、Ω-(sss)則與重子十重態中的粒子一一對應。

依照誇克有關理論的推算,當時曾預言存在重子的八重態和十重態,而且還準確地估算出尚未發現的Ω-粒子的各種性質。這些與強子分類方法給出的結果完全一致,令人感到鼓舞。那時候發現的百餘種粒子都可以填充在這些八重態或十重態中。正因為如此,誇克模型便廣泛地引起了人們的興趣與關注。

1974年,J/ψ粒子的發現,由於這種粒子性質特殊,用已經建立起來的三誇克理論無法解釋它的組合問題。這樣J/ψ粒子的降臨,不僅使平靜了10年之久的粒子物理學界產生了很大的震憾;而且,對三誇克理論也是一個強有力的衝擊。因此,物理學家將J/ψ粒子的發現稱為1974年的11月革命。

為了解決這個矛盾,人們便提出了第四種誇克,取名粲誇克(charm),符號為c,又叫做c誇克,它帶的電荷是23e。相應的反誇克是23。J/ψ粒子是由一個粲誇克c與一個反粲誇克複合而成的。由於J/ψ粒子隻是粲誇克的複合體,而它衰變以後的產物卻由u、d、s誇克組成的,這中間沒有共同的誇克來“搭橋”,使得J/ψ粒子衰變起來自然很困難。因此,雖然它的質量比較大,是質子質量的三倍多,但它的壽命反而比較長,達到10-20秒。要比一般強子的壽命長1000~10000倍,這正是J/ψ粒子獨特的性質。

粲誇克提出以後,又陸續發現了由粲誇克組成的介子:D+(c)、D°(c)、D-(d)等。另外,實驗中新發現的一些重子,如Λc+、∑c++等,在它們的複合體中也包含有粲誇克的成分。這些事實顯示出粲誇克在組成介子、重子和一些特殊的粒子中擔當著重要的角色,是誇克家族中的主要成員。

1977年,費米實驗室的萊德曼實驗小組,利用質子同步加速器把質子束的能量加速到500吉電子伏,然後以它為炮彈打擊靶核,發現了新的粒子γ。γ粒子的自旋是1,屬於玻色子。它的質量比J/ψ粒子的質量還大2倍多。對於γ粒子用已有的四誇克理論無法解釋,導致誇克理論又一次陷入了危機。

為了解決難題,於是人們提出了第五種誇克,稱為底誇克(bottom),符號為b,也叫做b誇克。相應的反誇克為b。b誇克帶電荷為-13e,質量為c誇克的3倍多,屬於重量級的。γ粒子是由(b)複合而成的。

b誇克引入不久,從對稱性考慮,人們又預言了第六種誇克的存在,稱為頂誇克(top),符號為t,又叫做t誇克。這種誇克帶有+23e的電荷,它的質量是174吉電子伏,是目前誇克家族中質量最大的一個成員。

1994年4月26日,美國費米實驗室找到12個存在頂誇克的例證,這樣就為理論預言提供了重要依據。t誇克的反誇克是。

誇克模型的建立引起人們高度的重視。由於利用誇克理論能夠成功地解釋許多人們熟知的一些實驗事實,使得極為複雜的事情變得非常簡單。所有人們已知的強子都是由有限的幾種誇克及其反粒子複合而成的。因此,誇克模型得到人們普遍的讚賞,從而在世界範圍掀起了一場尋找誇克的熱潮。