如何揭开夸克?
当人们开始了解物质世界时,他们提出了各种各样的观点。古希腊的一些哲学家认为,世界上的各种物质都是由一些永不改变、不可分割的基本单位组成的。他们称这种基本单位为原子。直到16世纪下半叶,物理学家才证实原子的存在。后来意大利科学家阿伏伽德罗提出了分子学说,补充了道尔顿的原子论。由此,人们形成了这样一种思维模式:物质由分子组成,分子由原子组成,原子不可分割。
到了19世纪末,原子的不可分模式受到了冲击,美国科学家汤姆逊发现了比原子小得多的粒子——电子。然后科学家发现原子的中心有一个小原子核,一些电子围绕着原子核运动。到了20世纪30年代,人们发现原子是由质子和中子组成的。质子带正电,中子电中性,比电子重1800多倍。后来,在宇宙射线中发现了电子的反粒子——正电子,它和电子一样重,但带正电。后来发现电磁波和光也是由叫做光子的粒子组成的。这样,人们发现了比原子更深的新层次——正电子、中微子、μ子、τ中子等。,属于质子、中子、电子三个层次。人们认为找到了构成物质世界的最基本单位,所以称之为基本粒子,认为它们是构成各种物质的永恒不可分割的基本单位。
但后来发现的一些现象表明,基本粒子并不是“基本的”,强子内部应该还有更小更基本的东西。
对此,日本物理学家坂田昌一在1956年提出了著名的坂田模型,认为强子是由质子、中子、λ超子等三种基本粒子及其反粒子组成的。1964年,美国物理学家盖尔曼改进了坂田模型,保留了三种“基本粒子”,但它们不是质子、中子和λ超子,而是由一种未知的、对称的东西组成——夸克。
为什么叫夸克?关于夸克的命名还有一个有趣的故事。在英国小说家詹姆斯·乔伊斯的小说《劳尼根夜祭》中,有这样一些诗:
“夸克...
夸克...夸克,”
三五只海鸟直起脖子,一起向绅士马克冲去。
马克除了三个夸克什么也没得到:
除了他想要的目标,一切都属于马克。
无上天帝躲在云里窥视下层世界,不禁连连叹息。马克先生,真是可笑又可怜:
在黑暗中绝望地哭泣——“我的衬衫,我的衬衫,”
为了找到沾满泥巴的裤子,我在公园深处跌跌撞撞,一步一步摔倒。
这部小说描述了布朗先生的一生。他有时扮演马克先生。夸克指的是海鸟的鸣叫,指的是马克的三个儿子,马克总是通过儿子们的行为来表达自己。盖尔曼设想一个质子中有三个未知粒子,于是随口给他取名为“夸克”。中国习惯将夸克称为“层子”,意思是比电子、质子和中子更低的粒子。
盖尔曼的夸克模型指出这种粒子具有分数电荷的特征,并假设可能存在三种夸克——质子夸克、中子夸克和奇异夸克。从1974年到1976年,有人把夸克家族增加到6个,分别是粲夸克、上夸克和下夸克。
既然夸克存在,那它们在哪里?有人认为夸克像监狱一样被锁在强子里。强子就像一个口袋。夸克被锁在里面。它可以在口袋里自由活动,但不允许离开口袋。要想让夸克从口袋里出来,必须提供巨大的能量,但目前是不可能的。
虽然夸克还处于假设阶段,但一些物理学家已经开始考虑比夸克更低级的粒子。欧洲粒子物理研究所的德·罗杰拉将构成夸克的粒子命名为“格赫里希”。后来,人们提出了各种亚夸克模型,有各种各样的名称,如亚夸克、前夸克、前夸克或早期夸克,还有的命名为Ques和Alpha。1974年,美国物理学家帕蒂和萨拉姆提出了这样一个亚夸克模型:I味:P,N,λ,X,自旋S = 12Ii色原子:r,y,g,l,自旋s = 0。它们可以形成夸克ur = (pr),uy = (py),ug = (pg)等等。有轻子:E = (NL),Yu = (XL),μ (λ L)等等。1977年,日本东京大学核物理研究所教授寺泽秀树在上述模型的基础上提出了一个新模型:夸克=味、色、代,都是具有自旋的亚夸克。无论模型如何不同,都认为夸克有下一级,所以亚夸克在中国也被称为“亚层”。
夸克到底是什么样的?亚夸克真的存在吗?这些都还没有定论,人们都在等着揭晓。