宇宙探索编辑部夸克

宇宙探索编辑部夸克

古希腊人最初猜想，宇宙的物质由一些被称为“原子”的底料构成，他们还猜测原子就是最小的单位，是不可再次分割的。2000多年后的今天，我们还依旧认为它是正确的，屏目前的你可以问一问周围的人，看看他们心中认为的最基础物质单元是否还是原子。其实在20世纪30年代初期，科学家们就建立了原子的太阳系模型，他们证明了原子才不是什么最基本的物质单位，原子有一个被质子和中子包围的核，在这之外还围绕着一群旋转的电子。

在这一现象被发现后，许多科学家甚至以为这些质子和中子才是希腊人所说的“原子”，直到1868年科学家运用技术力量窥探到了物质的微观层次，人们才坚定自己并没有搞错，并且顺着思路认为质子和中子可能都不是最基本的粒子单位。之后，人们又果真发现了质子和中子都还由3个更小的粒子构成，那些粒子被取了一个奇怪的名字——夸克。夸克本身有两种，但这两种的名字可没那么奇怪，一个叫上夸克、一个叫下夸克。质子就由两个上夸克和一个下夸克组成，而中子是由两个下夸克和一个上夸克构成。

至今还没有更深层的实验可以证明它们还由更小的东西组成，所以我们似乎可以妄下结论在天地间看到的一切事物都由电子、上夸克和下夸克构成。这种说法虽然站不住脚，但却有大量证据表明，宇宙一定还存在其他粒子成分，20世纪50年代中期，科学家就发现了一种全新的粒子——中微子。这种粒子很难被找到，它就像幽灵一样很少能和物质发生相互作用，它能穿透上百亿千米厚的铅，运动却几乎不受影响。也可以这样理解：就在此时，太阳向深空喷发的数十亿个中微子正在穿过你的身体，随后穿过地球，继续它们在宇宙中孤独的旅行。

又过了几十年后，科学家们凭借现代的技术力量，不断地用强大的能量将物质击碎，他们从物质的碎片中寻找新的元素，结果还真被他们找到了其他夸克——奇、底和顶等更新的粒子。但这些粒子只不过在高能碰撞中产生，它们的身影也只是昙花一现。因为在日常生活中遇到的任何事物里都不存在它们的影子。

到目前为止，科学家已经追溯到了百亿亿分之一尺度的物质结构。对大众来说，科学家做的事情不过是寻找更小的粒子，但对科学家自己来说，他们是在寻找一个宇宙，一个最小的宇宙。

宇宙没有单独存在的夸克，强行将夸克拉出来会怎样？

首先应该回答：夸克是否可以通过分裂被其他力束缚的粒子而形成？答案是不能。夸克与另一个夸克或反夸克交换胶子，形成包括“重子”（核子和超子）和“介子”的强子。但是，胶子具有胶子可以与另一个胶子交换胶子的特性，即胶子本身可以与光子相互作用而与强相互作用相互作用。

胶子之间的这种相互作用会导致一种现象，即“ 颜色限制”。这意味着（一定数量的）夸克或夸克-反夸克对永远无法分离。如果我们考虑一个介子（由一个夸克和一个由强相互作用约束的反夸克形成）并尝试将两者分开，则我们提供的打破键的能量将在某个时间点形成另一个夸克-反夸克对和一个介子将分裂为两个介子，但夸克无法分离。

可以从除强力以外的任何力场的能量中产生夸克，但是有一些保护法则。一种是“重子数守恒”。例如，可以从电子-正电子对创建夸克-反夸克对。电子-正电子的重子数为0，如果湮灭对的能量足够，就会产生夸克反夸克对（介子），介子的重子数为0。所以重子数守恒，这种相互作用是允许的。夸克是由电磁场能量产生的。（但这里没有轻子对的分裂，即电子-正电子对）

在强子分裂中仅两个新的夸克-反夸克对而不是其他任何粒子-反夸克对。这是因为夸克和胶子带有色电荷，色动力学描述了色电荷交换（通过胶子交换）的相互作用。因此，在强相互作用的之前和之后，唯一改变的是最终粒子的色电荷。因此，强相互作用只能创建带有颜色电荷的新夸克/反夸克/胶子/其他东西（但必须处于束缚状态，即必须存在约束），而不能生成其他种类的粒子。

夸克是什么,它是最小的物质吗??

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。