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夸克还有“颜色”?夸克之下是什么,或许是弦振动

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发表于 2018-12-12 05:20:09 | 显示全部楼层 |阅读模式
物质能否无限细分是个永久的哲学话题。支持可无限细分的哲学家大都秉持着芝诺的思想观。
  反对物质可无限细分的哲学家认为物质具有基本单位,这种思想最早源于由德谟克利特的古典原子论。到19世纪,道尔顿提出来了近代原子论,曾让科学界一度认为物质的最小单位就是原子,并不可再分。
  19世纪末到20世纪初,科学新理论呈爆炸式增长,这时候人们发现了电子,发现了原子核,原子不可再分的思想就这样破产了。
  现在我们知道了原子核由质子和中子构成,质子和中子又由夸克组成。
  但目前为止,夸克被视为基本粒子。严格来说,基本粒子或可再分,或不可再分,因为其内部结构是未知的。夸克之下或许什么都没有,或许还有更小的粒子,甚至是超弦理论中的弦振动。理论物理学家曾经一度认为物质的最小单位并非夸克,而是弦振动,弦的不同形式振动会产生不同的基本粒子,当然也包括夸克。由于人们曾经受到原子论的错误导向,有些科学家建议不要轻易使用基本粒子的说法,因为自然的未知领域太多了。
  夸克之间的关系异常复杂,它的种类被科学家被分为三代六族,比红楼梦中人物关系还难以琢磨。我简言意赅的介绍一下这种“基本粒子”的关系。
  首先值得注意的是:单独的夸克是无法被直接或间接地观察到的。因为夸克们总是成群结队,两两为伍,或者三个为伍,它们不能分开是由于夸克之间的“吸引力”太强了。并且夸克之间的距离拉的越大,这种吸引力就愈发强烈,这就是夸克禁闭。所以,不要指望把单独的夸克拉出队伍中,这种“吸引力”比电磁力都强,它就是强相互作用力。
  夸克之间的相互作用很繁琐,为此科学家在粒子物理学的基础上开了一个分支专门研究夸克,这就是量子色动力学。
你可能会问,为什么要叫量子色动力学,这个“色”字是什么意思?
  其实这就涉及到夸克的一个性质,叫色荷。科学家发现带电的粒子了,称之为电荷。那是不是意味着带“颜色”的夸克,就是色荷吗?
  当然不是,但是把夸克的某一性质叫色荷,的确启发于生活中的三原色。
  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。
  要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。而最稳定的集体就是就常见的强子。所以最常见的强子就是质子和中子。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。
  继续回到夸克的“颜色”上。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。
那么这种组合就有两种方式
  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。
  这时候,一个夸克和它的反夸克组成了一个集体,可以称这个集体为强子(复合粒子)。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。
但是情况并非这么简单
  我们都知道四大相互作用力,按强度大小排序依次为强力、电磁力、弱力、引力。
  每种力的传播都需要一个做中介的“牵线”粒子。
  比如一个物体给另一个物体施加电磁力后,它们之间就相互影响了。这种电磁力看似是超距作用,其实只是依靠场中的中介粒子传递了力。电磁力的传播子是光子,弱力的传播子是W+、W-、Z玻色子,引力是引力子(暂未发现),强力是胶子。这四种传播子也被称之为规范玻色子
  一般情况下,传播子不参与物质的构成,因为它的身份只是个中介而已。
  夸克之间组合在一起依靠的是强力,传递这种强力的是胶子。按正常思维理解,胶子传播了强力,负责把两个夸克拉在一起就行了。谁知道这个作为中介身份的胶子还在其中插上一脚。
  因为胶子也有色荷,由于复合粒子必须保持色中性,这就要求胶子带的色荷必须也被其他夸克或者胶子中和掉。这就意味着,胶子不仅仅是传播子,还是构成了复合粒子(强子)的一员。这就显得光子无比“清廉”。光子虽说传播了电磁力,但人家本身不带电性,不参与两个通过电磁力相互作用的物质的构成。
  光子就似一个好媒婆,只撮合鸳鸯成对。胶子却是个“坏”媒婆,说媒的同时也变成了小三,插足人家的家庭。
  由于胶子参与了复合粒子的结构组成,这也导致量子色动力学比量子电动力学难了很多。

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