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一篇介紹夸克的文章 (台師大物理討論版alanwang)
2010/05/07 18:04 瀏覽
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orgilvy
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這篇文章是Alanwang 寫的，出處在台師大物理討論版。
http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/viewtopic.php?topic=19256
介子是自旋為整數、重子數為零的強子，參與強相互作用。介子屬於強子類。它是比電子重的帶電或不帶電的粒子。
根據夸克模型，介子是由一個夸克和一個反夸克組成的束縛態，這一對夸克和反夸克可以是不同味的。
1935年，日本物理學家湯川秀樹提出了介子場理論，預言存在一種「介子」，參與了核子之間的強相互作用，並預言這種介子的質量應該為電子的200倍。1936年，美國物理學家安德森在宇宙射線中發現了一種帶單位正電荷或負電荷的粒子，質量為電子的206.77倍，人們以為它就是湯川秀樹預言的介子，把它叫做μ介子，後來發現這種粒子其實並不參與強相互作用，是一種輕子，所以改名μ子。
1947年英國物理學家鮑威爾在宇宙射線中又發現了一種粒子，帶單位正電荷或負電荷，質量為電子的273倍，與核子有很強的相互作用，平均壽命2.60310×10-8秒，這才是湯川秀樹預言的介子，叫做π介子。π+介子和π-介子互為反粒子。1950年又發現了π0介子。
其他的介子還有：K介子，η介子等。
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20世紀60年代，美國物理學家默裡·遣萼�和G.茨威格各自獨立提出了中子、質子這一類強子是由更基本的單元——夸克（quark）組成的，很多中國物理學家稱其為「層子」，在台灣亦曾翻譯「虧子」，但並不普遍使用。
它們具有分數電荷，是電子電量的2/3或-1/3倍，自旋為1/2。最初解釋強相互作用粒子的理論需要三種夸克，叫做夸克的三種味(flavor)，它們分別是上夸克（up,u）、下夸克（down,d）和奇異夸克（strange,s）。1974年發現了J/ψ粒子，要求引入第四種夸克粲夸克（魅夸克）（charm,c）。1977年發現了Υ粒子，要求引入第五種夸克底夸克(美夸克)（bottom/beauty,b）。1994年發現第六種夸克頂夸克（top,t），人們相信這是最後一種夸克。 夸克理論認為，所有的重子都是由三個夸克組成的，比如質子（uud），中子（udd）；反重子則是由三個相應的反夸克組成的。夸克理論還預言了存在一種由三個奇異夸克組成的粒子（sss），這種粒子於1964年在氫氣泡室中觀測到，叫做負ω粒子。頂、底、奇、魅夸克由於質量太大（參見下表），很短的時間內就會衰變成上夸克或下夸克。
在量子色動力學中，夸克除了具有「味」的特性外，還具有三種「色」(color)的特性，分別是紅、綠和藍。這裡「色」並非指夸克真的具有顏色，而是借「色」這一詞形象地比喻夸克本身的一種量子數。量子色動力學認為，一般物質是沒有「色」的，組成重子的三種夸克的「顏色」分別為紅、綠和藍，因此疊加在一起就成了無色的。因此計入6種味和3種色的屬性，共有18種夸克，另有它們對應的18種反夸克。
夸克理論還認為，介子是由同色的一個夸克和一個反夸克組成的束縛態。例如，日本物理學家湯川秀樹預言的π+介子是由一個上夸克和一個反下夸克組成的，π-介子則是由一個反上夸克和一個下夸克組成的，它們都是無色的。
除頂夸克外的五種夸克已經通過實驗發現它們的存在，華裔科學家丁肇中便因發現魅夸克而獲諾貝爾物理學獎。而由雙魅夸克所構成的J/ψ介子，也是因此而得名(J)。近十年來高能粒子物理學家的主攻方向之一是頂夸克 (t)。
至於1994年最新發現的第六種「頂夸克」，相信是最後一種，它的發現令科學家得出有關夸克子的完整圖像，有助研究在宇宙大爆炸之初少於一秒之內宇宙如何演化，因為大爆炸最初產生的高熱，會產生頂誇粒子。
研究顯示，有些恆星在演化末期可能會變成「夸克星」。當星體抵受不住自身的萬有引力不斷收縮時，密度大增會把夸克擠出來，最終一個太陽大小的星體可能會萎縮到只有七、八公里那麼大，但仍會發光。
夸克理論認為，夸克都是被囚禁在粒子內部的，不存在單獨的夸克。一些人據此提出反對意見，認為夸克不是真實存在的。然而夸克理論做出的幾乎所有預言都與實驗測量符合的很好，因此大部分研究者相信夸克理論是正確的。
1997年，俄國物理學家戴阿科諾夫等人預測，存在一種由五個夸克組成的粒子，質量比氫原子大50％。2003年，日本物理學家在春天八號同步輻射設施(Spring-8)上以伽馬射線轟擊一片塑料時，發現了五夸克粒子(penta-quark)存在的證據。隨後得到了美國托馬斯·傑裴遜國家加速器實驗室和莫斯科理論和實驗物理研究所的物理學家們的證實。這種五夸克粒子是由2個上夸克、2個下夸克和一個反奇異夸克組成的，它並不違背粒子物理的標準模型。這是第一次發現多於3個夸克組成的粒子。研究人員認為，這種粒子可能僅是「五夸克」粒子家族中第一個被發現的成員，還有可能存在由4個或6個夸克組成的粒子。
陸陸續續地，共有九個實驗群組宣稱發現了penta-quark的證據。但是在其他較高能的實驗組及其資料中，包括使用輕子對撞器如德國 DESY 的 ZEUS 實驗，以及日本 KEK 的 Belle 與美國 SLAC 的 BaBar 兩大 B介子工廠實驗、以及使用強子對撞器的美國 費米實驗室中的 CDF 與 D∅ 實驗，都沒有觀測到應該存在的證據。因此，所謂的五夸克粒子(penta-quark)存在與否，還是一個極具爭論性的話題。同時，春天八號也計劃將會再提升其效能，以比目前強10倍的輻射光，獲取更大量的實驗資料，來進行統計上的確認。
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以上...想多多了解.可以點文中的字體..進入觀看.
引用網址：https://city.udn.com/forum/trackback.jsp?no=63365&aid=3966247
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