(英語:quark)是一種參與互作用的粒子,也是構成質的單元。互結,成一種複粒子,叫子。子中穩定的是質子和中子,們是構成子核的單元。於一種叫“禁閉”的現,不能夠觀測到,是分離出來,能夠在子裏麵找到。於這個,我們對的所大是間的來自對子的觀測。

中文名

文名

quark

理論出

默裏·蓋爾曼和G.茨威格

名稱來源

《芬尼的守靈夜》的詞句

證實構

斯坦福線速中心(SLAC)

快速

導航

出名稱來源分類模型發曆史質發現研究發現過

種類

我們已的有六種。的種類稱為“味”,們是上(u)、下(d)、奇(s)、粲(c)、底(b)頂(t)。上下的質是所有中低的。較的會過一個叫粒子衰變的過,來迅速地變成上下。粒子衰變是一個從高質的態變成低質態的過。就是於這個,上下一般來說穩定,所以們在宇宙中見,而奇、粲、頂底則能經高能粒子的碰撞產生(例如宇宙射線粒子速)快衰變。



有著多種不同的內在,包括電荷、色荷、自旋質等。在粒子理的標準模型中,是唯一一種能經受全部種互作用(電磁、引力、互作用弱互作用)的粒子。另,也是現在已唯一一種電荷為非整數的粒子。的每一種味有一種對應的粒子,叫,跟的不同之處在於的一跟大小一樣符號不同。

構成的子自旋可以分為子(自旋為半奇數)和介子(自旋為整數)。所有的子,比如質子和中子,是三個組成的(子則是三個組成的)。質子兩個上和一個下組成,中子是兩個下和一個上組成。而所有的介子是一對–構成。

出

上世紀5、60年實驗上觀測到200多個子。,探索如大數目子可能的內部結構立們的“元素周”成為當時粒子理學家思考的問。是這探索導致了概念的出。早在1949年,費米(E.Fermi)和楊振寧(g)首嚐試用質子和質子、中子和中子等來釋π介子[1]。費米–楊模型不能地釋奇異粒子,為p和n不是奇異粒子,所以們也就不可能構成奇異粒子。著,日理學家阪田昌一(S.Sakata)出了子的複模型[2]。該模型認為所有子三種更為“”的粒子所構成,這三種粒子是質子、中子和一種奇異粒子亦Λ粒子。阪田模型在釋互作用粒子又稱為子中的介子家族(如π、Κ)的分類和有關質上是高度地獲得成功的。是,將阪田模型應用於研究子中的子家族,結卻不理。於當時的一進,1964年,美國理學家默裏·蓋爾曼和喬·茨威格自獨立出了子的模型[3][4]。在這一模型中子、質子這一類子是更的單元—quark組成的。們具有分數電荷,是電的+2/3-1/3倍,自旋為1/2。空間尺度是微觀粒子中小的,大約小於10的-19方米。在初的模型中,用上、下和奇這三種粒子就可以釋當時已發現的子且預言了Ω快實驗所觀測到。模型在立之初沒有什能證實存在的理證,到1968年SLAC開發出深度非彈散射實驗為止。實驗上已經觀測到六味,而早於1995年在費米實驗室觀測到的頂,是後發現的一種[5][6]。

名稱來源

一詞是蓋爾曼自詹姆斯·喬伊斯的《芬尼的守靈夜》的詞句“麥克老人三呼(ThreequarksforMusterMark)”。無非是一個質子中有三個。另在該書中具有多種含義,

中之一是一種鳥的叫聲。他認為,這適他初認為“粒子不、電荷非整數”的奇法,同時他也出這是一個笑話,這是對矯飾的科學語言的抗。另,也可能是出於他對鳥類的喜愛。[7]

二個上一個下所構成的質子

蓋爾曼用鴨的叫聲來名。開始時他不太確定自己這個詞的實際拚法,到他在詹姆斯·喬伊斯《芬尼守靈夜》裏麵找到“”這個詞:

麥克老人三呼!

——《芬尼守靈夜》,詹姆斯·喬伊斯

蓋爾曼在著作《與美洲豹》中,更詳細地述說了這個詞的來:

在1963年,我核子的構成名為“”(quark),我有的是聲音,而沒有拚法,所以當時也可以寫成“郭克”(kwork)。不久之後,在我偶爾翻閱詹姆斯·喬伊斯所著的《芬尼守靈夜》時,我在“麥克老大三呼”這句中到這個詞。於“”(字麵上為鷗的叫聲)顯是要跟“麥克”他這樣的詞押韻,所以我要找個借口讓讀起來像“郭克”。是書中的是酒館老板伊厄威克的夢,詞源多是同時有幾種。書中的詞多時候是酒館點酒用的詞。所以我認為許“麥克老大三呼”源頭可能是“敬麥克老大三個誇脫”,我要讀“郭克”也不是完全沒。再怎樣,字句裏的三跟自中的質完全不謀而。

茨威格則用“埃斯”(Ace)來稱呼他所理論化的粒子,是在模型廣泛納時,蓋爾曼的用詞就變得有名。多中國理學家則稱為“層子”,在台灣地區亦曾翻譯“虧子”,不普遍用。

味的名是有的。上和下這樣叫是源於同旋的上、下兩個分,而們確實自帶有這樣一個。奇這個名字是為們是在宇宙射線的奇異粒子中發現的。發現奇異粒子的時候還沒有理論,們視為“奇異”是為們的壽不尋地長。粲的名主要是來自美妙的對稱而得名。跟比約肯(JamesD.Bjorken)一起出粲的格拉肖(SheldonL.Glashow)說過:“我們叫粲是為在構的過中見到為亞子世界所帶來的對稱。我們這種美迷住了,對成感到滿。”至於“頂”和“底”這兩個名字,哈拉裏(HaimHarari)決定這樣,是為“們是上和下邏輯上的夥伴”。以,底和頂有時會分叫作“美”和“真”(們用英文字母示為“b”和“t”,這兩個名字已經少人會用了。

分類

參見:粒子理標準模型

粒子理標準模型是描述所有已粒子的理論框架,同時還包括希格斯(Higgs)玻色子[8][9][10]。模型包含所有已的六種味的。的粒子叫,在對應的符號上一橫作為標記,例如`u上。跟一般質一樣,跟對應的有著同的質、均壽自旋,兩的電荷荷的符號則。

的自旋為1⁄2。自旋統計定理,們是費米子,遵守泡不容理,兩個同的費米子不能同時擁有同的子態。這一點跟玻色子(擁有整數自旋的粒子),在同的子態上同的玻色子沒有數限。跟輕子不同的是,擁有色荷,們會參與互作用。為這種間吸引力的關,而成的複粒子,叫“子”。

在子中決定子數的叫“價”。除了這價,何子可以含有無限的虛(“”)、,不影響子數的膠子。子分兩種:帶三個價的子,帶一個價和一個價的介子。見的子是質子和中子,們是構成子核的礎材。我們已經有多不同的子,們的不同點在於所含的價這內含所賦予的質。而含有更多價的“奇子”,如粒子(qqqq)粒子(qqqqq),仍在理論階段。盡實驗上已有跡存在,是們的存在仍未終證實。

圖1

(圖1釋:標準模型中的粒子有六種是(圖中用紫色示)。左邊的三列中,每一列構成質的一。)

費米子分成三,每一兩味輕子和兩味組成。一有上下,二有奇粲,而三則有頂底。過所有搜尋粒子的研究均以失敗告終,又存在有力的間證支持不會有超過三。數較高的粒子,一般會有較大的質較低的穩定,於是們會過弱互作用,衰變成數較低的粒子。在自中,有一(上下)是見的。較的能過高能碰撞來生成(例如宇宙射線),而且們快就會衰變;而,科學家們信宇宙起源極早會存有,時宇宙處於溫度密度極高的狀態(—膠子等離子時)。的實驗研究在人工的環境下進行,例如粒子速。

於同時擁有電荷、質、色荷味,是唯一一種能經受現理全部種互作用的已粒子。對於個粒子的互作用而言,除非是在極端的能(普朗克能)距離尺度(普朗克距離)下,引力實在是小得微不足。另,於現時仍沒有成功的子引力理論,所以粒子理的標準模型不包含引力。近,吳嶽良發引力子場論將引力與電磁、弱和三種互作用在等的地處理,在子場論框架下進行統一描述。

關於六種味更完整的概述,可見於下文中的列。

模型發曆史

抽概念

模型於1964年理學家蓋爾曼和茨威格獨立出。在這個案不久的1961年,蓋爾曼出了一種粒子分類統,叫“八態”—技術上應叫SU(3)味對稱[11]。以色列理學家尤瓦勒·內埃曼(YuvalNe''eman)在同年亦獨立地開發出一套跟八態近的理論[12]

在理論出之,當時的“粒子動園”除了種輕子,還包括了許多子。蓋爾曼和茨威格假定們不是粒子,而是和組成的。在他們的模型中,有三種味,分是上、下奇。他們電荷自旋等質歸於這味。初時理學界對於這份案的見不一,學界對於的質有所爭論。有的認為是理實,有的則認為,是用來釋當時未理的抽概念而已。

延伸發

在模型出後的一年之內,就有人出了蓋爾曼-茨威格模型的延伸方案。謝爾登·李·格拉肖(SheldonL.Glashow)和詹姆斯·布約肯(JamesBjorken)預測有種存在,他們叫“粲”[13]。上種的有三:首、能更地描述弱互作用(導致衰變的);、的數會變得與當時已的輕子數一樣;後、能產生一條質方,可以計算出已介子的質。

斯坦福線速中心(SLAC)的深度非彈散射實驗在1968年出,質子含有比自己小得多的點狀,質子非粒子。理學家當時不願這視為,而叫們“部分子”(parton)—一個理查德·費曼(RichardPhillipsFeynman)所創的詞[14]。隨著更多味的發現,在SLAC所觀測到的粒子後來鑒定為上下。不過,“部分子”一詞到現在還在用,是子構成(、和膠子)的總稱。

奇的存在SLAC的散射實驗間證實:奇不是蓋爾曼和茨威格三模型的必要部份,而且還釋了1947年從宇宙射線中發現的K介子和π介子。

在1971年的一份論文中,格拉肖、約翰·李爾普羅斯(JohnIliopoulos)和盧奇亞諾·馬伊阿尼(Luaiani)一起對當時尚未發現的粲,出更多存在的理[15]。到1973年,小林誠(MakotoKobayashi)和益川敏英(ToshihideMaskawa)出再一對,就能釋實驗中觀測到的CP破壞,於是應有的味升到現時的六種[16]。