【涨知识】夸克的”颜色和味道“


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。在粒子物理的标准模型中,夸克是唯一一种能经受全部四种基本相互作用(电磁、引力、强相互作用及弱相互作用)的基本粒子。另外,夸克也是现在已知唯一一种基本电荷为非整数的粒子。

科学家发现夸克和夸克之间并不一样,它们的量子态有三种可能。

我们把这三种状态类比成红,蓝,绿色。

记得夸克永远都是成群出现的,这个夸克群组成了一个集体,叫强子。

有时候这个集体很稳定,有时候不稳定。比如最稳定的集体就是我们最常见质子和中子等强子。夸克之间或许还有其他组合群,并形成不同于质子和中子的强子,但它们并不稳定。

虽然夸克具有“颜色”,但科学家却发现夸克们组成的集体总是没有“颜色”的。所以科学家借用三原色组合形成白色的道理类比夸克的这种形状,称这些性质为色荷。

夸克们爱怎么组合就怎么组合去吧,反正它们这个集体必须呈色中性。

理论上,每种粒子都具有反粒子。夸克也不例外,夸克也有反夸克。如果一个夸克的色荷是红色,那么它的反夸克就是反红色。

一个夸克和它的反夸克可以组成了一个集体,由于夸克的色荷是红,反夸克是反红,红+反红=色中性。这种只由正反夸克组成的复合粒子叫介子。这时候,就不需要其他夸克插足了,因为夸克组成的这个集体已经呈色中性了,再插入一个夸克,就会违背物理定律。这个定律就是由夸克组成的复合粒子呈色中性。

当然还有一种方式的组合。三个夸克分别携带红、绿、蓝不同颜色的色荷,它们之间组合形成的复合粒子就是色中性。或者三个反夸克分别携带反红、反绿、反蓝组合在一起形成的复合粒子也是色中性。这种由三个不同颜色的夸克组成的复合粒子就是重子。

由于夸克的自旋为半整数,所以,由夸克构成的重子的自旋为半奇数和介子的自旋为整数。

夸克的种类被称为“味”,它们是上(u)、下(d)、奇(s)、粲(音为灿)(c)、底(b)及顶(t)。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(不同于放射性衰变,粒子衰变研究的对象是像质子或中子等基本粒子,当它们自由于原子核外时容易发生粒子衰变,而放射性衰变研究的对象是原子核,一个不稳定的较重的原子核,原子核衰变时,会伴随粒子发射和射线的发射)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的态变成低质量态的过程。就是由于这个原因,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)并很快衰变。

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