今天我們終于進(jìn)入了最關(guān)鍵的內(nèi)容,，強(qiáng)子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣的？你看,，在前面的文章中,，我就已經(jīng)介紹了自旋是1/2的八種重子,，包括質(zhì)子,、中子、Σ+,、Σ0,、Σ-、Λ和Ξ0,、Ξ-,。

還有自旋為3/2的九種重子，包括：Δ++,、Δ+,、Δ0、Δ-,，以及Σ*-,、Σ*0和Σ*+、還有Ξ*-和Ξ*0,。

這面這些都是重子,，還有7個(gè)自旋為0的介子，包括：π+,、π0,、π-，以及K0,、K+,、K-、反K0,，這是7種,。

還有9種自旋為1的介子，包括ρ+,、ρ0,、ρ-，以及K*0,、K*+,、K*-、K*0,，還有ω和Φ,。這就是我們前面介紹的所有的粒子,，它們都是強(qiáng)子。

都參與強(qiáng)相互作用,，這么多的粒子,，所以科學(xué)家就開始想，這些粒子有沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)呀,，總覺得它們不可能都是基本粒子,，因?yàn)檫@些粒子不僅數(shù)量多，而且很亂,，僅僅從對(duì)稱,、以及美學(xué)的角度來說，這些粒子肯定是有幾種基本粒子構(gòu)成,。

其實(shí)最早思考強(qiáng)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的時(shí)間可以追溯到40年代,，那個(gè)時(shí)候我們只知道有五種強(qiáng)子：質(zhì)子中子，π+,、π0和π-,，當(dāng)時(shí)楊振寧先生在芝加哥大學(xué)是費(fèi)米的學(xué)生，他倆就合作寫了一篇論文,，提出了費(fèi)米-楊模型,，認(rèn)為質(zhì)子和中子是基本粒子，其他的三個(gè)π介子是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的,，比如π+是由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)反中子構(gòu)成的,，π-是由一個(gè)中子和一個(gè)反質(zhì)子構(gòu)成的；

雖然這個(gè)模型是錯(cuò)的,，但是在當(dāng)時(shí)這個(gè)模型看起來沒有問題,，你看，你可以隨便用我們之前說的那些量子數(shù)去檢驗(yàn)它,，比如質(zhì)子的重子數(shù)是1,，反中子的是-1，結(jié)合起來的重子數(shù)是0,，那π+介子的重子數(shù)就是0,，還有電荷、同位旋這些量子數(shù)都是吻合的,。

直到我們發(fā)現(xiàn)了Σ+,、Σ0、Σ-,、Λ和Ξ0,、Ξ-，以及K0,、K+,、K-,、反K0，這幾種強(qiáng)子以后,，我們才發(fā)現(xiàn)費(fèi)米-楊模型并不正確,，因?yàn)檫@幾種新粒子都有一個(gè)新的量子數(shù)叫奇異數(shù)，而質(zhì)子和中子沒有奇異數(shù),，所以就不能構(gòu)成這些奇異粒子了,。

那到了1955年的時(shí)候，日本的坂田昌一就覺得,，那既然需要奇異數(shù),，那就把其中的一個(gè)奇異粒子當(dāng)作基本粒子就可以了，所以坂田就說質(zhì)子,、中子和Λ是基本粒子，是它們構(gòu)成了所有已知的強(qiáng)子,。

坂田模型,，不僅可以解釋K0、K+,、K-和反K0,，以及π+、π0,、π-,，這些介子所具有的量子數(shù)，比如K+是由質(zhì)子和反Λ構(gòu)成的,，其中的電荷,、重子數(shù)、同位旋,、奇異數(shù),，這些量子數(shù)都沒有問題。

而且在坂田的模型中,，根據(jù)質(zhì)子,、中子和Λ的組合方式，還預(yù)言了新的介子：η,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種新粒子還真的存在,，這意味我們現(xiàn)在就有了八種自旋為0的介子，由于自旋是0,，我們也把它們稱為贗標(biāo)介子,。

但可惜的是，坂田的模型無法解釋?duì)?,、Σ0,、Σ-和Ξ0,、Ξ-，這幾種重子的量子數(shù),，這說明,，坂田的模型也是錯(cuò)誤的。

可以看出,，不管是費(fèi)米-楊模型,，還是坂田模型，都是想用幾種基本粒子的量子數(shù),，去構(gòu)成其他粒子的量子數(shù),。

因此物理學(xué)家蓋爾曼就覺得，我們先不要考慮這個(gè)基本粒子到底是啥,，先把已有的強(qiáng)子所具有的量子數(shù)進(jìn)行分類,，看下它們之間到底有啥關(guān)系。

根據(jù)以上的思想,，蓋爾曼就以I?為橫坐標(biāo),，Y為縱坐標(biāo)，畫了一個(gè)Y-I?,，看過前面的文章,，你應(yīng)該知道，這Y就是超荷,，等于S+B,，I?是在強(qiáng)相互作用中一個(gè)非常重要的量子數(shù)，它是同位旋第三分量上投影的取值,。

好,，那我們就先把八種贗標(biāo)介子放到Y(jié)-I?圖當(dāng)中，就是我們現(xiàn)在看到的樣子,，這就是贗標(biāo)介子八重態(tài),，那我們把矢量介子也放到Y(jié)-I?圖當(dāng)中，就是這樣的,。

這叫矢量介子八重態(tài),，我們還有8個(gè)重子質(zhì)子、中子,、Σ+,、Σ0、Σ-,、Λ和Ξ0,、Ξ-，同樣的把它們也放到Y(jié)-I?圖當(dāng)中,，是這樣的,。

這叫重子八重態(tài),，可以看出這些強(qiáng)子已經(jīng)體現(xiàn)出了很好的對(duì)稱性，之前我們說這些重子有些是同位旋多重態(tài),，比如質(zhì)子和中子就是同位旋二重態(tài),，有兩種電荷，Σ+,、Σ0和Σ-是同位旋的三重態(tài),，有三種電荷狀態(tài)，Ξ0,、Ξ-是同位旋二重態(tài),，有兩種電荷，Λ是同位旋單重態(tài),。

但是現(xiàn)在當(dāng)我們把它們標(biāo)到Y(jié)-I?圖上以后,，就發(fā)現(xiàn)這八種重子具有更大的對(duì)稱性，也就是重子八重態(tài),。

另外我們還有9種重子,，把它們放到Y(jié)-I?圖上以后，是這樣的,。

可以看出，這張圖如果缺少了最底下的那個(gè)粒子,，就會(huì)顯得不對(duì)稱,，如果加上那個(gè)粒子就否成一個(gè)重子十重態(tài)。

那問題是,，最底下的這個(gè)粒子存在不存在,，如果存在它的量子數(shù)都是多少？這個(gè)很簡(jiǎn)單,，從上圖中我們可以發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律,，從上到下每一行的Y數(shù)都會(huì)遞減一個(gè)，這說明位置粒子的Y=-2,、同時(shí)我們就能算出它的S=-3,，我們還可以看出Δ++、Σ+,、Ξ0,，這條斜邊的電荷是遞減的，所以我們推測(cè)這個(gè)未知粒子的電荷數(shù)Q=-1,，同時(shí)我們也能算出它的自旋是3/2,，我們把這個(gè)新粒子稱為Ω-。

神奇吧,，曾經(jīng)的元素周期表把化學(xué)元素安排的明明白白的,，同時(shí)也預(yù)言了新的元素,，現(xiàn)在蓋爾曼用Y-I?圖把強(qiáng)子安排的明明白白，也能預(yù)言新粒子,。

那為了更快地找到Ω-就需要先知道它的質(zhì)量大概是多少,，我們才能知道產(chǎn)生它需要多少能量，那么在重子八重態(tài),，以及十重態(tài)當(dāng)中,，這些粒子的質(zhì)量也具有一定的關(guān)系，那蓋爾曼就根據(jù)其他重子的質(zhì)量算出了Ω-的質(zhì)量大約為1683Mev,。

到了1964年的時(shí)候,，美國(guó)布魯克海文實(shí)驗(yàn)室，通過K-與質(zhì)子的碰撞,，就在氣泡室中找到了Ω-的身影,，測(cè)量出來的Ω-的質(zhì)量是1672Mev，壽命為0.821×10^-10秒,，可以看出這個(gè)粒子的衰變是由弱力控制的,，那Ω-的發(fā)現(xiàn)也就驗(yàn)證了蓋爾曼的理論，他也因此獲得了1969年的諾獎(jiǎng),。

不過到這里還沒有結(jié)束,，因?yàn)槲覀冞€沒有揭開強(qiáng)子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不過蓋爾曼對(duì)強(qiáng)子的分類已經(jīng)讓雜亂無章的粒子變得規(guī)整了起來,，我們只需要在理論上假設(shè)幾種新粒子,，這些新粒子可以解釋所有強(qiáng)子的量子數(shù)就可以了。

那蓋爾曼就把坂田模型進(jìn)行了改造,，依然是三個(gè)基本粒子,，但是它們不再是質(zhì)子、中子和Λ粒子了,，因?yàn)檫@三種粒子的量子數(shù),，無法構(gòu)成其他重子的量子數(shù)。

所以蓋爾曼就假設(shè)有三個(gè)基本粒子上夸克,、下夸克,、奇夸克，記為u,、d,、s，它們的重子數(shù)是1/3,，自旋是1/2,，電荷分別是2/3、-1/3、-1/3,，奇異數(shù)是0,、0、1,。

這三種基本粒子也有反粒子,，反上夸克、反下夸克,、以及反奇夸克,，只要這六種夸克具有以上的一些量子數(shù)，它們就可以組成目前所知所有的強(qiáng)子了,。這也是為啥我一直在強(qiáng)調(diào)量子數(shù),，因?yàn)檫@夸克模型完全就是由量子數(shù)湊出來的。

其中介子是由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成的,，其中的重子都是由三個(gè)夸克組成的,，這就是1964年，由蓋爾曼和茨威格分別提出的夸克模型,。

這個(gè)模型一提出來,，當(dāng)時(shí)很多人并不接受，因?yàn)樗锩嬗幸粋€(gè)奇怪的分?jǐn)?shù)電荷,，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn),，電子這種基本粒子所攜帶的電荷就是電荷的基本單位，但是現(xiàn)在蓋爾曼卻提出了一個(gè)分?jǐn)?shù)電荷,，所以讓人覺得很奇怪,。

所以在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)人們都在尋找夸克的身影，最后都是一無所獲,，不過還是有幾個(gè)不是特別直接的證據(jù)顯示，夸克真實(shí)存在,，比如在1968年的SLAC中,，實(shí)驗(yàn)人員用高能電子轟擊質(zhì)子，發(fā)現(xiàn)了電子有大角度的偏轉(zhuǎn),，這表明電子撞到質(zhì)子中的某種小的東西,，這個(gè)實(shí)驗(yàn)就類似于盧瑟福的α粒子的實(shí)驗(yàn)，只能說明夸克可能存在,，但這并不能確切的說明這就是夸克,。

還有我們?cè)谝院蟮母吣苌⑸鋵?shí)驗(yàn)中，以及在密里根的油滴實(shí)驗(yàn)中也沒有發(fā)現(xiàn)具有分?jǐn)?shù)電荷的實(shí)例,，所以人們就想如果夸克真的存在,，為什么我們找不到自由夸克？這個(gè)問題,，我們?cè)谥v到強(qiáng)力的時(shí)候在回答,。下節(jié)課,，我們其他夸克的發(fā)現(xiàn)。