什么是夸克?

如题所述

夸克的作用是形成原子核的单位,较重的夸克会通过一个叫做粒子衰变的过程迅速变成上夸克或下夸克。粒子衰变可以把高质量态变成低质量态,所以夸克非常稳定。
夸克有许多不同的内禀特性,包括电荷、色电荷、自旋和质量。在标准模型中,夸克是唯一能承受所有四种基本相互作用的基本粒子,基本相互作用有时被称为“基本力”。“夸克”这个词是盖尔曼从詹姆斯·乔伊斯的小说《芬尼根的守灵之夜》“三个夸克换一个集合标记”中取的短语。这意味着一个质子中有三个夸克。
另外,夸克在本书中有很多含义,由两个上夸克和一个下夸克组成的质子中有一个是海鸟的叫声。他认为,这适合他当初“基本粒子不是基本的,基本电荷不是整数”的奇怪想法。同时,他也指出这只是一个笑话,是对自命不凡的科学语言的反叛。另外,可能是因为他对鸟类的热爱。
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第1个回答  2007-07-21
quark
(喷射轨迹图片来源:《时间简史》图5.2,一个质子和一个反质子在高能下碰撞,产生了一对几乎自由的夸克。)

1964年,美国物理学家默里·盖尔曼和G.茨威格各自独立提出了中子、质子这一类强子是由更基本的单元——Quark组成的。它们具有分数电荷,是基本电量的2/3或-1/3倍,自旋为1/2。夸克一词是盖尔曼取自詹姆斯·乔埃斯的小说《芬尼根彻夜祭》的词句“为马克检阅者王,三声夸克(Three quarks for Muster Mark)”。夸克在该书中具有多种含义,其中之一是一种海鸟的叫声。他认为,这适合他最初认为“基本粒子不基本、基本电荷非整数”的奇特想法,同时他也指出这只是一个笑话,这是对矫饰的科学语言的反抗。另外,也可能是出于他对鸟类的喜爱。

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,所有的重子都是由三个夸克组成的,反重子则是由三个相应的反夸克组成的。比如质子(uud),中子(udd)。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。

夸克按其特性分为三代,如下表所示:

符号 中文名称 英文名称 电荷(e) 质量(GeV/c^2)

u 上夸克 up +2/3 0.004

d 下夸克 down -1/3 0.008

c 粲夸克 charm +2/3 1.5

s 奇夸克 strange -1/3 0.15

t 顶夸克 top +2/3 176

b 底夸克 bottom -1/3 4.7

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。

除顶夸克外的五种夸克已经通过实验发现它们的存在,华裔科学家丁肇中便因发现粲夸克而获诺贝尔物理学奖。近十年来高能粒子物理学家的主攻方向之一是顶夸克 (t)。

至于1994年最新发现的第六种“顶夸克”,相信是最后一种,它的发现令科学家得出有关夸克子的完整图像,有助研究在宇宙大爆炸之初少于一秒之内宇宙如何演化,因为大爆炸最初产生的高热,会产生顶夸粒子。

研究显示,有些恒星在演化末期可能会变成“夸克星”。当星体抵受不住自身的万有引力不断收缩时,密度大增会把夸克挤出来,最终一个太阳大小的星体可能会萎缩到只有七、八公里那么大,但仍会发光。

夸克理论认为,夸克都是被囚禁在粒子内部的,不存在单独的夸克。一些人据此提出反对意见,认为夸克不是真实存在的。然而夸克理论做出的几乎所有预言都与实验测量符合的很好,因此大部分研究者相信夸克理论是正确的。

1997年,俄国物理学家戴阿科诺夫等人预测,存在一种由五个夸克组成的粒子,质量比氢原子大50%。2001年,日本物理学家在SP环-8加速器上用伽马射线轰击一片塑料时,发现了五夸克粒子存在的证据。随后得到了美国托马斯·杰裴逊国家加速器实验室和莫斯科理论和实验物理研究所的物理学家们的证实。这种五夸克粒子是由2个上夸克、2个下夸克和一个反奇异夸克组成的,它并不违背粒子物理的标准模型。这是第一次发现多于3个夸克组成的粒子。研究人员认为,这种粒子可能仅是“五夸克”粒子家族中第一个被发现的成员,还有可能存在由4个或6个夸克组成的粒子。
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我修正一下:有人说什么发现某某夸克,完全是不懂科学乱杜撰。现在人类只是大胆假设、科学求证,夸克是为了解释一些目前人类无法解释的现象而提出的可能存在的假设,但人类一直没找到夸克存在的直接证据。

1996年12月2日,《科技日报》发表了崔君达教授反驳何祚麻院士的文章《复合时空论并非病态科学》。崔在文中进一步指出:"物理学界并非全都公认夸克的存在。不同意见早在70年代就有了。我国物理学家朱洪元,诺贝尔奖得主量子力学奠基人海德堡都认为:全世界许许多多物理学家花了那么大的力量寻找夸克,如果夸克真的存在,早就应该找到了。

这位科学家如此否认夸克当然也不对,像那句“如果夸克真的存在早就应该找到了”显然是谬论,就等于说“如果癌症真的存在早就应该治好了”一样。

总之科学来不得半点虚假与情绪化。夸克不能直接证明它存在,也不能证明(哪怕间接)它不存在,它目前只是种假设。本回答被提问者采纳
第2个回答  2007-07-21
夸克
quark
(喷射轨迹图片来源:《时间简史》图5.2,一个质子和一个反质子在高能下碰撞,产生了一对几乎自由的夸克。)

1964年,美国物理学家默里·盖尔曼和G.茨威格各自独立提出了中子、质子这一类强子是由更基本的单元——Quark组成的。它们具有分数电荷,是基本电量的2/3或-1/3倍,自旋为1/2。夸克一词是盖尔曼取自詹姆斯·乔埃斯的小说《芬尼根彻夜祭》的词句“为马克检阅者王,三声夸克(Three quarks for Muster Mark)”。夸克在该书中具有多种含义,其中之一是一种海鸟的叫声。他认为,这适合他最初认为“基本粒子不基本、基本电荷非整数”的奇特想法,同时他也指出这只是一个笑话,这是对矫饰的科学语言的反抗。另外,也可能是出于他对鸟类的喜爱。

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,所有的重子都是由三个夸克组成的,反重子则是由三个相应的反夸克组成的。比如质子(uud),中子(udd)。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。

夸克按其特性分为三代,如下表所示:

符号 中文名称 英文名称 电荷(e) 质量(GeV/c^2)

u 上夸克 up +2/3 0.004

d 下夸克 down -1/3 0.008

c 粲夸克 charm +2/3 1.5

s 奇夸克 strange -1/3 0.15

t 顶夸克 top +2/3 176

b 底夸克 bottom -1/3 4.7

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。

除顶夸克外的五种夸克已经通过实验发现它们的存在,华裔科学家丁肇中便因发现粲夸克而获诺贝尔物理学奖。近十年来高能粒子物理学家的主攻方向之一是顶夸克 (t)。

至于1994年最新发现的第六种“顶夸克”,相信是最后一种,它的发现令科学家得出有关夸克子的完整图像,有助研究在宇宙大爆炸之初少于一秒之内宇宙如何演化,因为大爆炸最初产生的高热,会产生顶夸粒子。

研究显示,有些恒星在演化末期可能会变成“夸克星”。当星体抵受不住自身的万有引力不断收缩时,密度大增会把夸克挤出来,最终一个太阳大小的星体可能会萎缩到只有七、八公里那么大,但仍会发光。

夸克理论认为,夸克都是被囚禁在粒子内部的,不存在单独的夸克。一些人据此提出反对意见,认为夸克不是真实存在的。然而夸克理论做出的几乎所有预言都与实验测量符合的很好,因此大部分研究者相信夸克理论是正确的。

1997年,俄国物理学家戴阿科诺夫等人预测,存在一种由五个夸克组成的粒子,质量比氢原子大50%。2001年,日本物理学家在SP环-8加速器上用伽马射线轰击一片塑料时,发现了五夸克粒子存在的证据。随后得到了美国托马斯·杰裴逊国家加速器实验室和莫斯科理论和实验物理研究所的物理学家们的证实。这种五夸克粒子是由2个上夸克、2个下夸克和一个反奇异夸克组成的,它并不违背粒子物理的标准模型。这是第一次发现多于3个夸克组成的粒子。研究人员认为,这种粒子可能仅是“五夸克”粒子家族中第一个被发现的成员,还有可能存在由4个或6个夸克组成的粒子。
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我修正一下:有人说什么发现某某夸克,完全是不懂科学乱杜撰。现在人类只是大胆假设、科学求证,夸克是为了解释一些目前人类无法解释的现象而提出的可能存在的假设,但人类一直没找到夸克存在的直接证据。

1996年12月2日,《科技日报》发表了崔君达教授反驳何祚麻院士的文章《复合时空论并非病态科学》。崔在文中进一步指出:"物理学界并非全都公认夸克的存在。不同意见早在70年代就有了。我国物理学家朱洪元,诺贝尔奖得主量子力学奠基人海德堡都认为:全世界许许多多物理学家花了那么大的力量寻找夸克,如果夸克真的存在,早就应该找到了。

这位科学家如此否认夸克当然也不对,像那句“如果夸克真的存在早就应该找到了”显然是谬论,就等于说“如果癌症真的存在早就应该治好了”一样。

总之科学来不得半点虚假与情绪化。夸克不能直接证明它存在,也不能证明(哪怕间接)它不存在,它目前只是种假设。

参考资料:http://bk.baidu.com/view/19449.htm

第3个回答  2020-07-10

中子、质子、介子这一类强子是由更基本的单元-夸克组成的(中子、质子由三个夸克组成,属重子,介子由二个夸克组成),很多中国物理学家称夸克为“层子”。

                                                                三色夸克图

图中+-号代表不可分割的最小正负电磁信息单位-量子比特(qubit)

(名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源于比特 It from bit

量子信息研究兴盛后,此概念升华为,万物源于量子比特)

注:位元即比特

第4个回答  2007-07-21
夸克这个概念,是由于最近25年来发现了7百多种不
同的亚原子粒子才产生出来的。确实,其中只有很少几种粒
子能够维持到十亿分之一秒才发生衰变,但是,仅仅存在着
这些粒子的事实本身,就够物理学家伤脑筋了。
为什么会有这么许多粒子,而且每一种粒子都与别种粒
子不相同呢?
事情会不会是这样:这些不同的粒子可能组成几个大家
族,并且每个家族内的许多粒子可能按照非常有规律的方式
彼此有些差异?要是这样的话,就只需要考虑到少数几个粒
子家族的存在,而无需把每一种粒子一一分别考虑了。这时,
在看来似乎杂乱无章的亚原子丛林里,就会建之起某种秩序
来了。
1961年,美国物理学家盖尔曼和以色列物理学家尼
门分别研究出一种把粒子归入这样一些家族的办法。盖尔曼
甚至还提出,有一个粒子族应该包括一种他称之为负ω粒子
的东西——这是一种具有非常奇特的、极不寻常的性质的粒
子,但人们从来没有碰到过它。不过,物理学家只要知道它
按照假设应该会有什么样的性质,他们就知道该怎样去寻找
它了。结果,他们在1964年发现了这种粒子,并且发现
它的性质正好与盖尔曼对它的描绘一模一样。
盖尔曼在研究他那些粒子家族时想到,说不定所有各种
不同的亚原子粒子会是由很少几种更为简单的粒子结合而成
的。如果真是这样,那可就会把我们对宇宙的看法大大简化。
在他看来,只要假定存在着三种不同的、具有特定性质的亚
原子粒子,就可以按不同的方式把它们组合起来,得出已知
的所有各种亚原子粒子。
由于要用三个这种假设的粒子结合起来,才能构成一个
已知的粒子,盖尔曼就想起了作家乔伊斯的《芬尼根斯·韦
克》中的一句话(作者为耍弄文学技巧,故意在这本书中玩
文字游戏):“三个夸克才顶得上一个马克。”因此,盖尔
曼就把这些假设中的粒子命名为“夸克”。
夸克的二个令人惊奇之处,就是它们应该带有非整数电
荷。所有已知的电荷不外以下几种情况:或者等于电子的电
荷(-1),或者等于质子的电荷(十1),再不然,就是
正好等于这两种电荷的若干倍。但是,p夸克的电荷只有
+2/3,n夸克和λ夸克的电荷只有-1/3。这样,一
个质子将由一个n夸克和两个p夸克构成,一个中子则由两
个n夸克和一个p夸克构成,余者依此类推。
但是,夸克是真的存在呢,还是仅仅是一种数学上的臆
想?
为了让你明白我的意思,请你考虑一张五角的钞票。一
张五角的钞票可以看作等于10个五分的硬币。但是,这仅
仅是一道算式呢,还是你真的有可能把这张五角的钞票撕成
十份,并且发现每一份都是一个实实在在的五分硬币?
自从盖尔曼第一次提出存在夸克粒子以来,物理学家就
一直千方百计想找到夸克存在的迹象,但却没有成功。
1969年,澳大利亚有人报道说,已经在宇宙线碰撞所产
生的粒子簇射中,找到了带非整数电荷的粒子的径迹。不过,
它的证据看起来非常玄,所以,大多数物理学家对这个报道
都持怀疑态度。
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