夸克禁闭
简介
夸克禁闭是一种物理现象,描述夸克不会单独存在。由于强相互作用力,带色荷的夸克被限制和其他夸克在一起(两个或三个组成一个粒子),使得总色荷为零。夸克之间的作用力随着距离的增加而增加,因此而不能发现单独存在的夸克。
产生
夸克是在宇宙产生10-10秒后产生的,那时宇宙的温度已经下降到低于100GeV,这是产生成对的W和Z粒子的门槛。从那个时候起,W和Z粒子接过了进行粒子间弱相互作用的任务而且也不会单独存在,除非在它们产生的地方(短暂的)。宇宙诞生后约10-6~10-3秒之间,其温度降到夸克不再有足够的能量自由漫游的程度,而是两个或三个约束在一起。宇宙诞生大约1微秒后,可用能量低于几百TeV,夸克和反夸克凝聚成重子和反重子。夸克等离子阶段在宇宙起源10-4秒后就结束了。
夸克
夸克(英语:quark,又译“层子”或“亏子”)是一种基本粒子,也是构成物质的基本单元。夸克互相结合,形成一种複合粒子,叫强子,强子中最稳定的是质子和中子,它们是构成原子核的单元。由于一种叫“夸克禁闭”的现象,夸克不能够直接被观测到,或是被分离出来;只能够在强子里面找到夸克。因为这个原因,人类对夸克的所知大都是来自对强子的观测。
夸克有六种“味”,分别是上、下、粲、奇、底及顶。上及下夸克的质量是所有夸克中最低的。较重的夸克会通过一个叫粒子衰变的过程,来迅速地变成上或下夸克。粒子衰变是一个从高质量态变成低质量态的过程。就是因为这个原因,上及下夸克一般来说很稳定,所以它们在宇宙中很常见,而奇、粲、顶及底则只能经由高能粒子的碰撞产生(例如宇宙射线及粒子加速器)。
夸克有着多种不同的内在特性,包括电荷、色荷、自旋及质量等。在标準模型中,夸克是唯一一种能经受全部四种基本相互作用的基本粒子,基本相互作用有时会被称为“基本力”(电磁相互作用力、万有引力、强相互作用力及弱相互作用力)。夸克同时是现时已知唯一一种基本电荷非整数的粒子。夸克每一种味都有一种对应的反粒子,叫反夸克,它跟夸克的不同之处,只在于它的一些特性跟夸克大小一样但正负不同。
夸克模型分别由默里·盖尔曼与乔治·茨威格于1964年独立地提出。引入夸克这一概念,是为了能更好地整理各种强子,而当时并没有什幺能证实夸克存在的物理证据,直到1968年SLAC开发出深度非弹性散射实验为止。夸克的六种味已经全部被加速器实验所观测到;而于1995年在费米实验室被观测到的顶夸克,是最后发现的一种。
强相互作用
强相互作用可以在二个地方看到:较大的尺度(约1至3飞米)下,强相互作用将质子及中子结合成为原子的原子核,较小的尺度(约0.8飞米,约为核子的尺寸)下,强相互作用将夸克结合,成为质子、中子或其他强子。强相互作用的作用力非常强,大到束缚一个夸克的能量可以转换为新的夸克对的质量,强相互作用的这个性质称为夸克禁闭。
强相互作用是唯一强度不会随距离减小的作用力,但因为夸克禁闭,夸克会限制和其他夸克在一起,形成的强子之间会有残留的强相互作用,也称为核力,核力会随距离而迅速减少。撞击原子核释放的部分束缚能和产生的核力有关,而核力也用在核能及核聚变式的核武器中。
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