谁知道什么是夸克理论?
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/12/22 14:55:55
谁知道什么是夸克理论?
谁知道什么是夸克理论?
谁知道什么是夸克理论?
在1960和1970年代发展的夸克理论使局面趋于明朗.夸克理论认为,所有已知粒子可以分成两族.一族由夸克组成,能够‘感知’只在夸克之间起作用的强力,叫做强子.另一族叫做轻子,它们不能感知强力,但参与以所谓的弱力做媒介的相互作用(或称弱相互作用),比如,放射衰变(包括β衰变)过程就是弱相互作用引起的.强子既能参与强相互作用,也能感知弱力.
轻子是名副其实的基本粒子,它们不由任何别的东西构成.典范的轻子就是电子,电子与另一种叫做中微子(严格说应是电子中微子)的轻子相伴生.当电子参与放射衰变这类过程时,总有中微子卷人.由于一些无人知晓的原因,这一基本图像已经复制了两次,产生了三‘代’轻子.除电子本身外,还有比较重的叫做μ介子,它们除了比电子重207倍外,完全像是电子;还有一种甚至更重的粒子叫做τ粒子,它的质量接近质子的两倍.这两种重电子各有其自己的中微子,所以轻子族有六种(三对)粒子.虽然μ介子和τ粒子都能在粒子加速器中用能量制造或从宇宙线产生,但它们很快衰变,转化成电子或中微子.
强子族本身又再分为两类.由三个夸克构成的粒子叫做重子,就是我们常说的‘物质’粒子,包括质子和中子(重子和轻子都是费密子族的成员,费密子实际上是普通物质粒子的别称).由成对的夸克构成的粒子叫做介子,它们是携带基本力的粒子,尽管还有其他的介子(这些力的载体和其他介子又称为玻色子).只需要两种夸克(它们的名字很怪,叫做‘上’夸克和‘下’夸克)就能解释质子和中子的结构.一个质子由通过强力维持在一起的两个上夸克和一个下夸克构成,而一个中子由通过强力维持在一起的两个下夸克和一个上夸克构成.强力本身可视为胶子的交换,而胶子本身又由夸克对组成,因而是介子.
正如轻子族复制了三代,夸克族也如此.虽然只需要两种夸克来解释质子和中子的本质,但复制的两代夸克却一代比一代重,其中一代叫做‘奇’夸克和‘粲’夸克,最重的一代叫做‘底’夸克和‘顶’夸克.和重轻子一样,这些粒子能够在高能实验中产生(因而大爆炸时必定大量存在过),但迅速衰变成它们的较轻对应物.虽然不可能分离出单个夸克,但粒子加速器实验已经提供了夸克族所有这六个成员存在的直接证据;最后一种(顶)夸克是芝加哥费密实验室的科学家于2007年找到的.
对夸克的质量和其他性质的研究表明,不可能有更多代的夸克,只能有三族夸克和三族轻子.幸而标准大爆炸模型也认为不可能存在多于三代的粒子;不然的话,极早期宇宙中额外中微子造成的压力应该驱动宇宙过快地膨胀,从而使留存下来的氦含量与极年老恒星的观测结果不符.这是最美妙的证据之一,表明粒子物理学和宇宙学两者的标准模型对宇宙行为的描述,都同基本真理相去不远.
但是,除了大爆炸的最早片刻之外,第二和第三代粒子在宇宙的演化或其内容物的行为中基本不起作用.我们在宇宙中看到的每样东西都能用两种夸克(上和下)和两种轻子(电子和电子中微子)加以说明;确实,由于单个的夸克不能独立存在,我们看到的每样东西的行为,仍然能够用1932年就已经知道的电子、中子和质子再加上电子中微子,以及四种基本力,相当准确地予以近似说明.