強(qiáng)子粒子物理學(xué)中的概念共2個(gè)含義
收起 在粒子物理學(xué)里,,強(qiáng)子(hadron)是一種由夸克或反夸克通過(guò)強(qiáng)作用力捆綁在一起的復(fù)合粒子。強(qiáng)子主要分為以下兩大類:重子:由三個(gè)夸克或三個(gè)反夸克組成,,自旋總是半整數(shù),;也就是說(shuō),它們是費(fèi)米子,。例如,,組成原子核的質(zhì)子和中子都是重子。介子:由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成,,自旋是整數(shù),;也就是說(shuō),它們是玻色子,。例如,,π介子可以是π0 詞源學(xué)在1962年國(guó)際高能物理大會(huì)的全體會(huì)議里,,列夫?奧肯發(fā)表演講提議創(chuàng)建術(shù)語(yǔ)“hadron”,, 盡管這篇報(bào)告論述的是弱相互作用,我們會(huì)時(shí)常談到感受強(qiáng)相互作用的粒子,。這些粒子不只給出很多科學(xué)問(wèn)題,,它們也造成了一個(gè)數(shù)與問(wèn)題。重點(diǎn)是“感受強(qiáng)相互作用的粒子”是一個(gè)很笨拙的術(shù)語(yǔ),,它并沒(méi)有使自己形成一個(gè)形容詞,。因此,例如,,衰變?yōu)楦惺軓?qiáng)相互作用的粒子被稱為“非輕子的行為”,。這定義并不精確,因?yàn)椤胺禽p子的行為”可能指稱的是“光子的行為”,。在這篇報(bào)告里,,我將稱呼“感受強(qiáng)相互作用的粒子”為強(qiáng)子,其對(duì)應(yīng)衰變?yōu)閺?qiáng)子的行為(希臘語(yǔ)“?δρ??”表示為“大”,、“重”的意思,,而“λεπτ??”表示為“小”、“輕”的意思),。我希望這術(shù)語(yǔ)會(huì)在未來(lái)被證明使用很方便,。 —列夫?奧肯,1962年 性質(zhì)每一種強(qiáng)子的總色荷為零,。例如,,一個(gè)介子的綠色與品紅色(反綠色)箭矢相互抵銷成為白色,;一個(gè)重子的紅色、綠色,、藍(lán)色箭矢相互抵銷成為白色,;一個(gè)反重子的黃色(反藍(lán)色)、品紅色(反綠色),、青色(反紅色)箭矢相互抵銷成為白色,。 根據(jù)夸克模型,,強(qiáng)子的性質(zhì)主要是決定于其價(jià)夸克,,例如,質(zhì)子是由兩個(gè)上夸克與一個(gè)下夸克所組成,;上夸克的電荷為+2?3,,下夸克的電荷為?1?3,,所以,質(zhì)子的電荷為+1,。 每一個(gè)夸克都帶有色荷,這色荷可以為紅色,,綠色或藍(lán)色,而強(qiáng)子的色荷必需為零,,即強(qiáng)子的顏色必需為“無(wú)色”或“白色”,,這是因?yàn)橐环N稱為夸克禁閉的物理現(xiàn)象,。最簡(jiǎn)單達(dá)成這目標(biāo)的方法有兩種: 組成重子的三個(gè)夸克必須帶有不同的色荷。 組成介子的一個(gè)夸克與一個(gè)反夸克必須帶有相反的顏色,例如,,假若夸克帶有紅色,,則反夸克必須帶有反紅色,。 更進(jìn)一步分析,強(qiáng)子并不只是由兩個(gè)或三個(gè)夸克組成,,這是因?yàn)閺?qiáng)相互作用的能量,,即傳遞強(qiáng)相互作用的膠子可能會(huì)擁有足夠能量來(lái)產(chǎn)生共振,,而這共振是由帶質(zhì)量夸克所組成的: ,; 其中,,是夸克的質(zhì)量。 因此,,數(shù)量比率為1:1的虛夸克與虛反夸克,,形成了大多數(shù)帶質(zhì)量粒子在強(qiáng)子內(nèi)部。兩個(gè)或三個(gè)價(jià)夸克是額外多余部分。由于虛夸克不是穩(wěn)定的波包(量子),而是非規(guī)律的暫時(shí)性現(xiàn)象,辨識(shí)哪個(gè)夸克是實(shí)夸克,,哪個(gè)夸克是虛夸克,這動(dòng)作并不具有實(shí)際意義,只有額外多余部分才可從外部觀察得到,。 如同所有亞原子粒子,,每個(gè)強(qiáng)子都被分派一個(gè)量子數(shù)對(duì)應(yīng)于龐加萊群的表示:JPC(m),;其中,J是自旋量子數(shù),,P是內(nèi)秉宇稱,,C是正反共軛(電荷共軛),,m是粒子質(zhì)量。注意到強(qiáng)子的大部分質(zhì)量不是由價(jià)夸克所貢獻(xiàn),,而是因?yàn)?a data-lemma-id='3822699' target='_blank' >質(zhì)能等價(jià),,大部分質(zhì)量是從強(qiáng)相對(duì)作用的能量所貢獻(xiàn)的。強(qiáng)子也帶有味量子數(shù),例如,,同位旋,、奇異數(shù)、頂數(shù),、底數(shù),、粲數(shù)等等。所有夸克都帶有一種加性的守恒量子數(shù),,稱為重子數(shù)B,;夸克的重子數(shù)為+1?3,反夸克的重子數(shù)為?1?3,,因此,,重子的重子數(shù)為1,介子的重子數(shù)為0,。 強(qiáng)子的激發(fā)態(tài)稱為“共振”;每一個(gè)基態(tài)強(qiáng)子都可能對(duì)應(yīng)于幾個(gè)激發(fā)態(tài),。在粒子物理實(shí)驗(yàn)里,,可能會(huì)觀察到幾百個(gè)共振;通過(guò)強(qiáng)相對(duì)作用,,它們很快地會(huì)衰變,,大約在10?24秒內(nèi),。 在某些相態(tài)里,,強(qiáng)子可能會(huì)消逝無(wú)蹤,,例如,在非常高溫與高壓狀況,,除非有足夠多風(fēng)味的夸克,,量子色動(dòng)力學(xué)的理論預(yù)測(cè),,夸克與膠子會(huì)逃出強(qiáng)子的禁閉,,因?yàn)槟芰吭礁?,?qiáng)相對(duì)作用的耦合越弱,,這性質(zhì)稱為漸近自由,,已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)在1 GeV與1 TeV能量區(qū)間成立。 重子由輕夸克(上夸克,、下夸克和奇夸克)中任意三個(gè)夸克組成的自旋1?2重子,這八種最輕的重子形成為輕夸克的重子八重組,。 重子是由三個(gè)夸克組成,是自旋為1?2費(fèi)米子,。每一個(gè)夸克的重子數(shù)為1?3,所以,,重子的重子數(shù)為1,。最為人知的重子是質(zhì)子與中子。 物理學(xué)者假設(shè),,除了三個(gè)夸克以外,,還擁有一對(duì)夸克與反夸克的奇異重子存在。這種重子稱為五夸克,,處于五夸克態(tài),。2000年代曾提出幾個(gè)候選五夸克,但是更深入研究發(fā)現(xiàn)它們并不存在,。這結(jié)果不排除未來(lái)可能找到五夸克的可能性,,只是排除了這些候選五夸克,。 每一種重子都有其對(duì)應(yīng)的反重子,假設(shè)將重子里的每一個(gè)夸克用其反夸克取代,,則可得到這反重子,。例如,質(zhì)子是由兩個(gè)上夸克與一個(gè)下夸克組成,,它的反粒子是反質(zhì)子,,是由兩個(gè)反上夸克與一個(gè)反下夸克組成。 |
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