灵遁者国学智慧:一人被夸克级的细丝截断脖子还能活着吗?( 二 )
夸克有六种“味” , 分别是上、下、粲、奇、底及顶 。 上及下夸克的质量是所有夸克中最低的 。 较重的夸克会通过一个叫粒子衰变的过程 , 来迅速地变成上或下夸克 。 粒子衰变是一个从高质量态变成低质量态的过程 。 就是因为这个原因 , 上及下夸克一般来说很稳定 , 所以它们在宇宙中很常见 , 而奇、粲、顶及底则只能经由高能粒子的碰撞产生(例如宇宙射线及粒子加速器) 。
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夸克有着多种不同的内在特性 , 包括电荷、色荷、自旋及质量等 。 在标准模型中 , 夸克是唯一一种能经受全部四种基本相互作用的基本粒子 , 基本相互作用有时会被称为“基本力”(电磁、重力、强相互作用及弱相互作用) 。
夸克同时是现时已知唯一一种基本电荷非整数的粒子 。 通过上面的图 , 就可以看出这点 。
夸克每一种味都有一种对应的反粒子 , 叫反夸克 , 在对应的夸克符号上加一横作为标记 , 例如u代表反上夸克 。 跟一般反物质一样 , 反夸克跟对应的夸克有着相同的质量、平均寿命及自旋 , 但两者的电荷及其他荷的正负则相反 。
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夸克模型分别由默里·盖尔曼与乔治·茨威格于1964年独立地提出 。 引入夸克这一概念 , 是为了能更好地整理各种强子 , 而当时并没有什么能证实夸克存在的物理证据 , 直到1968年SLAC开发出深度非弹性散射(英语:Deep inelastic scattering)实验为止 。
夸克的六种味已经全部被加速器实验所观测到;而于1995年在费米实验室被观测到的顶夸克 , 是最后发现的一种 。
夸克的自旋为1?2 , 因此根据自旋统计定理 , 它们是费米子 。 它们遵守泡利不相容原理 , 即两个相同的费米子 , 不能同时拥有相同的量子态 。 这点跟玻色子相反(拥有整数自旋的粒子) , 在相同的量子态上 , 相同的玻色子没有数量限制 。
跟轻子不同的是 , 夸克拥有色荷 , 因此它们会参与强相互作用 。 因为这种夸克间吸引力的关系 , 而形成的复合粒子 , 叫做“强子” 。
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在强子中决定量子数的夸克叫“价夸克”;除了这些夸克 , 任何强子都可以含有无限量的虚(或“海”)夸克、反夸克 , 及不影响其量子数的胶子 。
强子分两种:带三个价夸克的重子 , 及带一个价夸克和一个反价夸克的介子 。 最常见的重子是质子和中子 , 它们是构成原子核的基础材料 。 我们已经知道有很多不同的强子 。 它们的不同点在于其所含的夸克 , 及这些内含物所赋予的性质 。
基本费米子被分成三代 , 每一代由两个轻子和两个夸克组成 。 第一代有上及下夸克 , 第二代有奇及粲夸克 , 而第三代则有顶及底夸克 。 过去所有搜寻第四代基本粒子的研究均以失败告终 , 又有有力的间接证据支持不会有超过三代 。 代数较高的粒子 , 一般会有较大的质量及较低的稳定性 , 于是它们会通过弱相互作用 , 衰变成代数较低的粒子 。 在自然中 , 只有第一代夸克(上及下)是常见的 。 较重的夸克只能通过高能碰撞来生成(例如宇宙射线) , 而且它们很快就会衰变;然而 , 科学家们相信大爆炸后 , 第一秒的最早部分会存有重夸克 , 那时宇宙处于温度及密度极高的状态(夸克时期) 。 重夸克的实验研究都在人工的环境下进行 , 例如粒子加速器 。
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在夸克理论的初期 , 当时的“粒子动物园(英语:Particle zoo)”除了其他各种粒子 , 还包括了许多强子 。 盖尔曼和茨威格假定它们不是基本粒子 , 而是由夸克和反夸克组成的 。 在他们的模型中 , 夸克有三种味 , 分别是上、下及奇 , 他们把电荷及自旋等性质都归因于这些味 。
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