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第128章 胶子的束缚态

月净威,哈佛大学科学家,道:“相关观点。核子(强子)是夸克、胶子的束缚态,由量子色动力学QCD描述。由于QCD的基本特性(高能标度下的渐近自由、低能标度下色禁闭及动力学手征对称性破缺),对核子(强子)结构和性质的QCD图象是标度相关的,在高能标度下描述强子的是与探测强子结构的硬过程相联系的QCD部分子模型,强子的夸克、胶子结构信息通过QCD部分求和规则得到,QCD微扰论是适用的理论,在低能标度时,必须发展QCD非微扰途径来描述核子(强子)。虽然夸克模型当时取得了许多成功,但也遇到了一些麻烦,如重子的夸克结构理论认为,象Ω-和Δ++这样的重子可以由三个相同夸克组成,且都处于基态,自旋方向相同,这种在同一能级上存在有三个全同粒子的现象是违反泡利不相容原理的。泡利不相容原理说的是两个费米子是不能处于相同的状态中的。夸克的自旋为半整数,是费米子,当然是不能违反泡利原理的。但物理学家自有办法,你不是说三个夸克全同吗?”

那我给它们来个编号或着上“颜色”(红、黄、蓝),那三个夸克不就不全同了,从而不再违反泡利原理了。

的确,在1964年,格林伯格引入了夸克的这一种自由度——“颜色”的概念。

当然这里的“颜色”并不是视觉感受到的颜色,它是一种新引入的自由度的代名词,与电子带电荷相类似,夸克带颜色荷。

这样一来,每味夸克就有三种颜色,夸克的种类一下子由原来的6种扩展到18种,再加上它们的反粒子,那么自然界一共有36种夸克,它们和轻子(如电子、μ子、τ子及其相应的中微子)、规范粒子(如光子、三个传递控制夸克轻子衰变的弱相互作用的中间玻色子、八个传递强(色)相互作用的胶子)一起组成了大千世界。

夸克具有颜色自由度的理论得到了不少实验的支持,在70年代发展成为强相互作用的重要理论——量子色动力学。

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。

精星灵,曰:“核力。使核子组成原子核的作用力,属于强相互作用的类型。核力是一种很复杂的相互作用,人们通过多年的实验研究和理论分析,才对它的特性有了比较细致的了解,但仍不完全。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“电荷无关性。对于给定的相对运动状态,质子-质子、中子-质子和中子-中子间的由于核力的相互作用都是相同的。也就是说,核力与核子所带的电荷无关。很多实验事实表明,核力的这一性质,至少是近似成立的。但是无论在理论上或实验上,论证都还不够严格,即难以严格证明所有对这种电荷无关性质的偏离都是由电磁相互作用引起的。”

精星灵,曰:“特点。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“核力是在原子核中,使质子与中子紧密地结合在一起的力,核力的特点是:①短程力,核力只有在原子核的限度内才发生作用.②强相互作用,质子间产生库仑斥力,而核力能抗拒库仑斥力而使质子紧密结合在一起,这说明核力很强,它比库仑力大100倍。③核力与核电荷无关,质子间的核力,中子间的核力为,及质子与中子间的核力都相等。④核子不能无限靠近,即核力除表现为引力之外,在某些情况下表现为斥力.大体上说核子间的距离在0.8~1.5费米(1费米)之间表现为引力;小于0.8费米表现为斥力,大于4~5费米时核力急剧下降,几乎消失;大于10费米时,核力消失.⑤核力也是一种交换力,核子之间通过交换p介子而发生强相互作用,此类似于光子是电磁相互作用的传播者.⑥核力具有饱和性,这种饱合性使得原子核和水一样,呈现不可压缩性,即原子核的密度近似为常数。”

精星灵,曰:“研究方法。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“唯象理论。一般假设核力可以用某种位势的形式表达出来。通过分析各种实验现象并参照强相互作用通常应满足的守恒定律,可以写出在一定的限制下位势的普遍表达式。这种表达式中往往包含不少参量,可以通过实验加以确定。随着新的实验数据不断增加,位势的表达式也入往往会被修改和补充。应该指出,用位势来表达核力仅仅是一种近似,人们很难期望会得到惟一的位势表达形式。核力也还可能具有各种形式的多体力。这些问题都难以从唯象理论得到解决。已经提出了一些可以近似地符合实验的相互作用位势,具体表达式和参数可参看参考书。”

精星灵,曰:“量子场论方法。见重子-重子相互作用。目前普遍认为核子是由夸克(见强子结构)所组成的,对于核力也正从夸克间相互作用的观点进行研究。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“高能光子。一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子。一对正、负电子可同时湮没,转化成光子。高能光子顾名思义就是能量比较高的光子。我们能看见的光,就是普通光子。如果能量比普通光子高一点,就是紫外光光子;再高一点,就是X光;再高一点,就是伽马射线。紫外光、X光、伽马射线都属于高能光子的范围。”

精星灵,曰:“负质子。首先说明的是,电子,质子,中子,都是基本粒子,都是客观存在。这些粒子所带的电荷,是它的一个属性,电荷不是基本粒子。那么粒子是否带有电荷,带什么性质的电荷,主要看这些粒子在电场中是否移动,向哪极移动。因为电子在电场中向正极移动,所以我们可以断定它带有负电荷,同理,我们判定质子带有正电荷而中子不带电荷。那么它们带有多少电荷呢,我们还不能确定它们所带电荷的绝对电量是多少,只是人为的规定一个质子所带的电量为一个单位的电量(简称一个单位的电荷),恰好一个电子所带的电量与一个质子所带的电量相等,只是电性相反。这也就是我们通常所说的电子带有一个负电荷(准确的说应该是:一个单位的负电荷)而质子带有一个正电荷(应该是一个单位的正电荷)。需要明确的是,电荷不是一个个的,而是电量的一种简单描述方法。物理中的电子转移是在电流的作用下,由高端向低端移动,是外力的作用,与元素原子本身的性质无关。而化学中的电子转移,是不同原子之间自发的进行的,是元素原子本身性质所决定的。科学的发展,使人们发现了很多新的物质存在形式,正电子是确实存在的,它的质量以及所有的性质都和电子无异,只是所带电荷为正电荷;同样,人们还在探索负质子,我们称正电子、负质子之类的物质叫反物质。正负电子一旦相遇,则发生湮灭,化为乌有,同时放出巨大能量,并产生光子。”

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