有色有味的夸克，本文主要内容关键词为：夸克论文,有味论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
《科学（7—9年级）课程标准》的第26页：构成物质的微粒——具体内容目标的第三条是知道原子由原子核和电子构成，原子核由质子和中子构成，质子、中子由夸克构成.夸克首次出现在我国中学课程标准和教材中.下面来谈谈有关夸克：
1 夸克理论提出的背景
20世纪50年代以前，科学家们按粒子间作用力的特点把粒子分为三大类：（1）轻子：只参与弱力、电磁力和引力作用，不参与强力作用，而且自旋为半整数的粒子.（2）强子；不仅参与弱力、电磁力和引力作用，而且参与强力的粒子，强子又可按其自旋的不同分为两大类：一类其自旋为半整数，统称为重子，如质子、中子等；另一类其自旋为整数或零，统称为介子，如π介子.（3）传播子：传递相互作用的基本粒子，如光子.
由于粒子中绝大多数是强子，而且轻子只有6个（这里没有包括其反粒子），于是科学家猜测：从某种意义上说，轻子是比强子更基本的粒子，而强子是复合体系，其中包含更少的和更基本的单元，强子由更简单的粒子——夸克组成的.
2 夸克名字的由来
夸克模型是1964年由盖尔曼（Murrey Gell-mann）和兹威格（G.Zweig）独立引入的，他们认为强子是由三种更基本的粒子组成的.盖尔曼称组成强子的新粒子为夸克（quarks），而兹威格称它们为爱斯（aces），象纸牌中爱斯（A）一样.盖尔曼借用了詹姆斯·齐埃斯（James Joyce）写的一首题为《芬尼根的彻夜祭》的长诗中的一句：“向麦克老大三呼夸克”，这里夸克是海鸟的叫声，用三声称呼三个基础粒子.夸克的称呼一直被沿用至今.这些名字，无论夸克或爱斯，仅仅表明其作者的俏皮话，并没有必要深究.
3 最初的三味夸克
根据夸克模型，通常用u，d，s来代表三个夸克（夸克的总称用q代表），u（up）称为上夸克，d（down）称为下夸克，s（strange）称为奇异夸克和奇夸克，称三种夸克为三味.他们推测出夸克的各种量子数，如下表1
表1：夸克的量子数
（注：s：粒子的自旋，B：重子数，Q：电荷，I：同位旋，I[，3]同位旋分量，S：奇异数，Y=B+S：超荷）
由表1可知：夸克的性质是奇特的，尤其是带分数电荷，是人们始料不及的.根据强子结构的夸克模型，重子是由三个夸克构成的，如质子
为u，d，s的反夸克）
4 夸克的三色
但在上述粒子中，如
，由于夸克是费米子（自旋为半整数的粒子），夸克都处于I=0的基态时，三个相同的夸克处于相同的状态，这违背了泡利不相容原理（泡利不相容原理：对于半整数的费米子，不允许二个或二个以上相同粒子处于同一状态）.为解决这个矛盾，1964年格林伯格（D.W.Greenberg）为夸克引入了一个新的量子数——色量子数（这不是光学上真正的颜色的原意，而只是借用了这个名称）以表示同味夸克还有不同的种类，称之为“色荷”（与电荷类比）.他根据SU（3）群论，指定夸克有三色；红（r）黄（y）绿（g），如记作u[，r]，u[，y]，u[，g].这样由带不同色荷的同味夸克构成的粒子就不违反泡利不相容原理.夸克确实具有“色”的第一个证据是在π[0]介子衰变了两个光子的过程中找到的.
5 粲夸克的由来
1964年起，三夸克模型取得了巨大的成功，并于1968年由费里德曼（Jerome I.Fried-man）、肯德尔（Henry W，Kendall）和泰勒（Richard E.Taylor）领导的实验组在斯坦福电子直线加速器上做的电子——质子非弹性散射实验中证实了夸克的存在.该实验结果还表明了质子里的夸克数为3.但到1974年，美籍华人丁肇中在美国布鲁克海汶实验室发现了一个新粒子，命名为了粒子，与此同时里克特（B.Richter）在斯坦福直线加速器中心也找到了同样的粒子，命名为
粒子，现在这一粒子叫J/粒子.它不能用通常的三味夸克来构成，因此又引入了一种新夸克，用c来表示：c为（charm：可爱和迷人的意思）称为粲夸克.J/粒子是由粲夸克和反粲夸克构成的，粲夸克的最主要特征是它具有了一个新的量子数即粲数C，粲夸克和反粲夸克的粲数分别是+1和-1.
6 底夸克和顶夸克的由来
1977年，雷德曼（Leederman）小组在美国费米实验室发现了新粒子Υ，为解决粒子Υ，不得不引入第五种夸克，它被取名为底夸克（bottom）或美（beauty）夸克，用第一个字母“b”来表示，Υ粒子是由底夸克和反底夸克构成的.底夸克的电荷为-1/3，从对称性考虑似乎还应存在一种电荷为+1/3的夸克，这种夸克被取名为顶夸克（top）或真（truth）夸克，用这一个字母“t”来表示.直到1994年5月，美国费米实验室宣布发现了第六味夸克，据目前的理论，夸克只有六种且已全部被找到.
粲夸克、底夸克、顶夸克的量子数如表2
在粒子物理学中有一个“标准模型”，这个标准模型告诉我们组成自然界万事万物的基本粒子是夸克和轻子.夸克构成了中子、质子和所有的原子核.它有六味三色.轻子有带电的和不带电的，带电的轻子是电子e，μ子和τ重轻子，不带电的有电子中微子v[，e]，μ子中微子v[，μ]，和τ中微子v[，τ]，而且夸克和轻子都是成对的即有三对夸克和三对轻子.一般称三代：
第一代（v[，e]，e）——（u，d）
第二代（v[，μ]，μ）——（c，s）
第三代（v[，τ]，τ）——（t，b）
其中第二代、第三代粒子好像是第一代粒子的重复再现，除了一代比一代质量大以外，其它物理性质各代非常相似.
7 夸克是如何组成强子的
量子色动力学认为，带色的夸克通过交换胶子（胶子是强子中的电中性粒子，顾名思义，其作用是使夸克粘合而形成强子，胶子有八种.）而结合，即夸克和夸克或夸克和反夸克或反夸克之间通过胶子而结合在一起.凡带有色荷的粒子能放出和吸收胶子，从而实现强相互作用.吸收和放出胶子可使夸克改变颜色.而原子核内的核力是核子内夸克之间强相互作用力的剩余效应.
8 夸克的渐近自由和红外禁闭
在线度大约小于10[-14]厘米、相应能量大于几个吉电子伏特的区域内，夸克之间的距离越小（或能量越高），则相互作用强度越小.这个结果称为“渐近自由”.在这样的距离上，夸克的行为像是一些独立的粒子，它们之间不存在强相互作用力.然而，当能量大约小于1吉电子伏特，距离接近或大于10[-13]厘米时，夸克间的强相互作用力似乎会很快变得非常大，以致于不可能将它们分开到宏观距离而成为自由夸克.这种情况称为“红外禁闭”.强作用的红外禁闭性质表明，自由夸克不能存在，它只能永远被禁闭在强子内.
夸克是否就是自然界中最小的不可再分割的粒子呢？在现在的高能物理的尺寸范围内（10[-16]厘米）夸克仍是点粒子，没有结构.但有人估计，夸克极有可能是有结构的.我们期待着科学的进一步发展.