3、現(xiàn)代物理學(xué)對(duì)于夸克理論的探究

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1、3、現(xiàn)代物理學(xué)對(duì)于夸克理論的探究近20年來不少物理實(shí)驗(yàn)說明基木粒子有其內(nèi)在結(jié)構(gòu)，基本粒子之間存在著某種內(nèi)在聯(lián)系。人們?cè)群筇岢龆喾N關(guān)于重子和介子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的模型。最早提出強(qiáng)子結(jié)構(gòu)模型的是1949年的費(fèi)米■楊振寧模型，1956年H本的坂田模烈。這些模羽能夠說明一些悄況，但是在系統(tǒng)地解釋重子的性質(zhì)方面遇到了困難。到1964年蓋爾曼等人分析了重了和介了的對(duì)稱性質(zhì)，在坂田模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了“夸克模型”。按照夸克模型，強(qiáng)子是由夸克組成的，重子由3個(gè)夸克組成，介子由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成。夸克的重子數(shù)B、電荷Q和超荷丫都是分?jǐn)?shù)。按照蓋爾曼的

2、想法，所有己知的強(qiáng)子都由三種更為基本的“積木塊”堆積而成，即三種類型的夸克(u、d、s)和反夸克5、d、S)。這一模型能很好地解釋重了和介了的性質(zhì)，預(yù)言Q—超子的存在。1974年發(fā)現(xiàn)J/w粒子，需要引入第四種粲夸克C；1978年發(fā)現(xiàn)丫粒子，需要引入第五種底夸克b。蓋爾曼認(rèn)為：所有的強(qiáng)子都是由這三種具有一定對(duì)稱性的夸克及它們的反粒子所組成。它們分別稱為“上夸克(u)”、“下夸克(d)”和“奇異夸克(s)”°與坂田模型一致的是,新模型也使用三種“積木塊”，但是這里的“積木塊”是一種理論上的推測，屬于更深一層次的基礎(chǔ)粒子，而在坂田模型中，身

3、為“積木塊”的p、n、L卻同時(shí)乂是“復(fù)合粒子”，它們?nèi)齻€(gè)同時(shí)扮演著兩種角色。但利用夸克模型，能夠較好地說明許多現(xiàn)象，而且還預(yù)言了-?些未知粒子，比如夸克模型預(yù)言存在著一個(gè)新的粒子W-,以后的實(shí)驗(yàn)果真找到了這個(gè)粒子。早在1970年格拉肖等人就提出第4種夸克■粲夸克(c)o1974年，美籍華裔物理學(xué)家丁肇屮領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組和斯坦福加速器中心的B?里克特領(lǐng)導(dǎo)的另一個(gè)小組同時(shí)獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的粒子J/這個(gè)粒子的質(zhì)量數(shù)很大，壽命很長。即丁肇中和里克特發(fā)現(xiàn)了第四個(gè)夸克——粲夸克(c)J/w粒子是由粲夸克和反粲夸克組成的。1977年萊德曼發(fā)現(xiàn)一種比質(zhì)

4、子重10倍的中性介子一r粒子。新粒子正是由第5種夸克■底夸克（b）所組成。為了形象和方便，人們又從最子規(guī)范理論來描述，把u、d、s、c、b稱為5種味夸克，每種味乂分紅、黃、藍(lán)三“色”?！吧焙汀拔丁倍即聿煌牧孔討B(tài)。這樣，正、反夸克的數(shù)目就成了30利己知的兒百種強(qiáng)子，都是山這五種夸克構(gòu)成的。比如，質(zhì)子是由兩個(gè)上夸克加一個(gè)F夸克組成。從對(duì)稱性的觀點(diǎn)看，似乎存在第六個(gè)夸克，雖然當(dāng)時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)，但已取名為“頂夸克⑴”,使所提出的夸克已有6種18類，它們的性質(zhì)也顯示了類似化學(xué)元素周期表的排列，這很可能表示夸克還有內(nèi)部結(jié)構(gòu)?？墒?，夸克（或?qū)幼樱?/p>

5、曾長時(shí)間沒有獲得實(shí)驗(yàn)上的支持，出現(xiàn)了所謂“夸克禁閉”現(xiàn)象。70年代，丁肇中等科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了膠子存在的跡象，為夸克層次的存在提供了間接證明。1994年美國費(fèi)米國家實(shí)驗(yàn)室宣布，找到頂夸克存在的證據(jù)。找到的“頂夸克”約174GeV，質(zhì)量是質(zhì)子的180多倍。c、b、t3種夸克的質(zhì)量很大,稱為重夸克，原有的夸克u、d、s則稱為輕夸克。為了說明夸克的自旋統(tǒng)計(jì)問題，假設(shè)夸克具有色自山度，每一種（味）夸克對(duì)處于3種不同的色狀態(tài)。1973年建立描述夸克Z間強(qiáng)相互作用的量了色動(dòng)力學(xué)理論，夸克之間的作丿IJ力是由于帶冇色荷的夸克相互交換膠了而產(chǎn)生的。

6、膠子靜質(zhì)最為零，自旋為1，且?guī)в猩桑z子之間也有強(qiáng)作用。但實(shí)驗(yàn)上未觀察到白由狀態(tài)夸克，也未觀察到H由膠子，一種可能的解釋是夸克很重，目前所達(dá)到的能區(qū)還不足以把它們從強(qiáng)子中打出來；另一種可能的解釋是認(rèn)為夸克由于某種原因被囚禁在強(qiáng)子內(nèi)部，而不對(duì)能以口由狀態(tài)存在，這就是所謂夸克禁閉。解釋夸克禁閉的一種看法是色相互作用猶如弦,近距離時(shí)相互作用弱，遠(yuǎn)距離時(shí)相互作用增強(qiáng)；夸克分離越遠(yuǎn)，弦的能最越大；而弦的斷裂則產(chǎn)生一對(duì)新的相反色荷，也就是說以很高能量子轟擊的結(jié)來，要么是不能將強(qiáng)子擊開，要么產(chǎn)生出一些強(qiáng)子，因而夸克永遠(yuǎn)禁閉在強(qiáng)子內(nèi)部。粒了物理學(xué)使

7、人類的認(rèn)識(shí)已深入到亞原了（或亞原了核）階段，了解到物質(zhì)構(gòu)成的單元已小到夸克和輕子，其尺度都小于10的?17次方cm,認(rèn)識(shí)的尺度縮小到原子的十億分z—。但因在夸克模型小，所有強(qiáng)子都是由夸克和它們的反粒子組成，夸克模型解釋粒子靜態(tài)性質(zhì)取得很人成功，而對(duì)解釋粒子的動(dòng)態(tài)性質(zhì)上則耒涉及。因此，與夸克理論的提出差不多同時(shí)，1965年我國由中科院原了能所、數(shù)學(xué)所、中國科技大學(xué)近代物理系和北京大學(xué)物理系等單位的朱洪元、胡寧、何祚麻、戴元木等共39人組成的北京基木粒子理論組，提出層子模型，來研究強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的粒子的動(dòng)態(tài)性質(zhì)，并于1966年夏在北京召開的國際

8、物理討論會(huì)上以北京基本粒子物理組的名義提出了“強(qiáng)子結(jié)構(gòu)模型理論”。層子模型的主耍思想是：（1）物質(zhì)結(jié)構(gòu)有無限的層次，在粒了層次上的構(gòu)成組分是層了，但層了并不是物質(zhì)的始元，它只不過是物質(zhì)結(jié)構(gòu)無窮層次屮的一個(gè)層次；（2）要解