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夸克

2011-07-27 14:39:19 本文行家:Crusade

夸克(quark,又译“层子”或“亏子”)是一种基本粒子,也是构成物质的基本单元。夸克互相结合,形成一种复合粒子,叫强子,强子中最稳定的是质子和中子,它们是构成原子核的单元。由于一种叫“夸克禁闭”的现象,夸克不能够直接被观测到,或是被分离出来;只能够在强子里面找到夸克 。就是因为这个原因,我们对夸克的所知大都是来自对强子的观测。



SU(3) 夸克组成的粒子按李群排布
SU(3) 夸克组成的粒子按李群排布
  所有的中子都是由三个夸克组成的,反中子则是由三个相应的反夸克组成的,比如质子,中子。质子由两个上夸克和一个下夸克组成,中子是由两个下夸克和一个上夸克组成。

   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或-1/2。 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。夸克理论认为,所有的中子都是由三个夸克组成的,比如质子(uud),中子(udd);反中子则是由三个相应的反夸克组成的。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。顶、底、奇、魅夸克由于质量太大(参见下表),很短的时间内就会衰变成上夸克或下夸克。 夸克按其特性分为三代,如下表所示:

  世代 自旋 特色 中英文名称 符号 带电量 / e 质量 / MeV.c-2
  1 + 1/2 Iz=+1/2 上夸克(Up quark) u + 2/3 1.5 to 4.0
  1 − 1/2 Iz=−1/2 下夸克(Down quark) d − 1/3 4 to 8
  2 − 1/2 S=−1 奇异夸克(Strange quark) s − 1/3 80 to 130
  2 + 1/2 C=1 魅夸克(Charm quark) c + 2/3 1150 to 1350
  3 − 1/2 B′=−1 底(美)夸克(Bottom quark) b − 1/3 4100 to 4400
  3 + 1/2 T=1 顶(真)夸克(Top quark) t + 2/3 171400 ± 2100

  中国的部分物理学家称夸克为层子,因为他们认为:即使层子也不是物质的始元,也只不过是物质结构无穷层次中的一个层次而已。  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。

  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。
参考资料:
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