奇異夸克或不存在

2020-11-23 中國科學院

奇異夸克或不存在

2018-05-17 中國科學報 宗華

【字體：大 中 小】

語音播報

　　在它的中心，一顆超新星殘骸含有被認為包含夸克物質湯的中子星。最新研究表明，這種湯可能缺少奇異夸克。圖片來源：NASA/CXC

　　與太陽核心處相比，在中子星（爆發的中等重量恆星的殘骸）內部，壓力會攀升幾萬億億倍。幾十年來，一些理論物理學家推測，在這些條件下，一種奇怪的物質可能出現：被稱為夸克的亞原子粒子湯。如今，一項最新分析顯示，這種湯的「配方」——冷夸克物質需要修正。如果正確的話，它表明地球上的粒子加速器可能產生穩定的夸克物質。它還會使假想粒子——奇異夸克團徹底完蛋。散布恐慌者曾宣稱，奇異夸克團會摧毀世界。

　　原子核包括質子和中子。後兩者本身又包含3種形式的由強核力緊緊束縛在一起的上下夸克——粒子6種「味道」中的兩種。自上世紀70年代起，一些理論家預測，在像中子星核心處這樣的極端壓力下，夸克可能擺脫強力鏈，產生由冷夸克物質構成的湯。他們還預言，這種湯的「配方」和質子、中子的成分不同。這些計算表明，為使能量最小化，夸克物質應當包括第3種「味道」的夸克，即奇異夸克。

　　儘管奇異夸克只在瞬間出現——通常產生於粒子加速器內部的碰撞，但計算表明，此類物質可能擁有比普通核物質更低的能量。這意味著奇異夸克物質的微粒——奇異夸克團可能是穩定的，並且原則上普通原子核也能變成它們。這種轉變需要上下夸克同時轉換成奇異夸克，而這在宇宙現有的年齡段內是不可能自然發生的。

　　但在宇宙射線或者激烈的天體物理事件中產生的奇異夸克團可能無限期存活下來。科學家通過多種方式尋找它們，但都無疾而終。

　　如今，加拿大多倫多大學核理論家Bob Holdom和同事表示，他們對夸克如何通過量子效應改變空間真空能量（夸克物質總能量的關鍵組成部分）本身進行了更好估測，從而駁斥了奇異夸克物質的存在。

　　「我們的模型使我們得以看到真空能量如何依賴於夸克的『味道』。」Holdom介紹說。在模型中混入奇異夸克造成了比此前認為的更大的能量損耗。這種損耗是如此之高，以至於冷夸克物質應當僅包含上下夸克。

　　研究人員在日前出版的《物理評論快報》上報告了這一發現。


　　在它的中心，一顆超新星殘骸含有被認為包含夸克物質湯的中子星。最新研究表明，這種湯可能缺少奇異夸克。圖片來源：NASA/CXC
　　與太陽核心處相比，在中子星（爆發的中等重量恆星的殘骸）內部，壓力會攀升幾萬億億倍。幾十年來，一些理論物理學家推測，在這些條件下，一種奇怪的物質可能出現：被稱為夸克的亞原子粒子湯。如今，一項最新分析顯示，這種湯的「配方」——冷夸克物質需要修正。如果正確的話，它表明地球上的粒子加速器可能產生穩定的夸克物質。它還會使假想粒子——奇異夸克團徹底完蛋。散布恐慌者曾宣稱，奇異夸克團會摧毀世界。
　　原子核包括質子和中子。後兩者本身又包含3種形式的由強核力緊緊束縛在一起的上下夸克——粒子6種「味道」中的兩種。自上世紀70年代起，一些理論家預測，在像中子星核心處這樣的極端壓力下，夸克可能擺脫強力鏈，產生由冷夸克物質構成的湯。他們還預言，這種湯的「配方」和質子、中子的成分不同。這些計算表明，為使能量最小化，夸克物質應當包括第3種「味道」的夸克，即奇異夸克。
　　儘管奇異夸克只在瞬間出現——通常產生於粒子加速器內部的碰撞，但計算表明，此類物質可能擁有比普通核物質更低的能量。這意味著奇異夸克物質的微粒——奇異夸克團可能是穩定的，並且原則上普通原子核也能變成它們。這種轉變需要上下夸克同時轉換成奇異夸克，而這在宇宙現有的年齡段內是不可能自然發生的。
　　但在宇宙射線或者激烈的天體物理事件中產生的奇異夸克團可能無限期存活下來。科學家通過多種方式尋找它們，但都無疾而終。
　　如今，加拿大多倫多大學核理論家Bob Holdom和同事表示，他們對夸克如何通過量子效應改變空間真空能量（夸克物質總能量的關鍵組成部分）本身進行了更好估測，從而駁斥了奇異夸克物質的存在。
　　「我們的模型使我們得以看到真空能量如何依賴於夸克的『味道』。」Holdom介紹說。在模型中混入奇異夸克造成了比此前認為的更大的能量損耗。這種損耗是如此之高，以至於冷夸克物質應當僅包含上下夸克。
　　研究人員在日前出版的《物理評論快報》上報告了這一發現。

列印 責任編輯：侯茜

相關焦點

  • 科學網—奇異夸克或不存在
    在它的中心，一顆超新星殘骸含有被認為包含夸克物質湯的中子星。最新研究表明，這種湯可能缺少奇異夸克。
  • 奇異夸克或不存在—新聞—科學網
    在中心處，超新星殘骸含有被認為含有夸克物質湯的中子星。最新研究表明，這種湯可能缺少奇異夸克。
  • 奇異夸克與頂夸克
    （譯註：上帝粒子國外翻譯為奇異夸克或者頂夸克，在我國國內翻譯為上帝粒子或者希格斯玻色子(Higgs Boson)）【頂夸克Z彈】由頂夸克組成，頂夸克Z彈比奇異子Z彈更重一點，並且更加危險。它很難製造，所以並不是太多，但仍然存在。它是一小塊黑暗魔石─重頂夸克/反頂夸克的聚合物。它於1996年從參宿七被帶進地球。
  • 「奇異粒子」揭開夸克理論謎團。
    在粒子物理學的標準模型中，夸克有六種類型——上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克。夸克組成的重子和介子除了以上兩類，在蓋爾曼1964年夸克模型的論文中，還提到了存在奇異強子的可能性。這些奇異強子可能是由兩個夸克和兩個反夸克組成的四夸克態，或者由四個夸克和一個反夸克組成的五夸克態。
  • 神秘的奇異夸克或可毀滅地球
    據國外媒體報導，奇異夸克是一類神奇的「物質」，有些人認為其可能是暗物質的重要組成部分，我們目前對於奇異夸克的研究還處於探索階段，在夸克自由度、強相互作用動力學上都有與奇異夸克有關的研究結果。
  • 美物理學家發現「雙奇異」夸克粒子
    據美國《每日科學》網站9月4日報導，美國能源部費米國家加速器實驗室DZero項目的物理學家發現了一個新的三夸克粒子，名叫Omega—sub—b（Ωb）。該粒子由兩個奇異夸克和一個底夸克（s—s—b）組成，是質子的「遠房親戚」，其重量是質子的6倍。
  • 模擬宇宙大爆炸產生的奇異夸克可毀滅地球?
    布魯克海文國家實驗室對撞機開始對宇宙大爆炸模擬的研究，但有批評者認為其產生的奇異夸克可能毀滅地球。
  • 幾小顆就能毀滅整個地球的奇異物質可能不存在!
    幾十年來，一些理論物理學家推測，在這些條件下，一種奇怪的物質可能出現：被稱為夸克的亞原子粒子湯。如今，一項最新分析顯示，這種湯的「配方」——冷夸克物質需要修正。如果正確的話，它表明地球上的粒子加速器可能產生穩定的夸克物質。理論上，這種奇異物質可摧毀世界！參見文章：最恐怖的奇異粒子：僅需幾顆就會毀滅整個地球？
  • 「不可能的存在」:大型強子對撞機發現全新四夸克粒子
    大家應該知道，夸克(Quark)是(目前人類已知)物質的基本組成單元，通常2-3個夸克結合形成強子，包括我們很熟悉的質子、中子。那麼，四個或者五個夸克能組成什麼呢？其實，物理學家早就預言了四夸克粒子、五夸克粒子的存在，但也一直有很大的爭議，很多聲音認為它們是不可能存在的，不過近些年，四夸克粒子、五夸克粒子陸續被發現了，顛覆了很多以往對物理學的認知。
  • 比中子星更加神秘，奇異夸克星真的存在嗎？科學家該如何發現它？
    中子是由夸克組成的，分別是兩個下夸克和一個上夸克。那麼問題來了：難道宇宙中就沒有一種夸克星嗎？或許，宇宙中就存在這麼一種神秘的天體，介於中子星與黑洞之間，那就是夸克星。奇異夸克比上、下夸克更重，並且會形成一種非常詭異的核子——奇異夸克團。一個簡單的奇異夸克團，是由一個上夸克、一個下夸克和一個奇異夸克組成。
  • 宇宙中存在的奇異物質
    從本質上講，奇怪的物質——它可能包含多種粒子——與我們以前見過的任何物質都不一樣。它們又是由夸克組成的，夸克的排列整齊，賦予了我們周圍的一切獨特的屬性。然而，在奇怪的物質中，夸克是自由的，似乎沒有邊界或規則規定它們應該做什麼。這是一種完全不同類型的物質，可怕的是，它可以把它接觸到的一切都變成它自己的屬性。是的，宇宙中任何地方的一小塊奇怪的物質現在可能正在向這裡移動，完全改變——基本上摧毀——它周圍物質的本質。
  • 同樣是夸克,頂夸克卻比上夸克重100萬億倍!
    據我們所知，夸克本身並不是由更小的物質構成。隨著我們了解的越來越多，這種情況在未來可能會改變，但就目前而言已經足夠好了。有六種夸克，每一種都有不同但同樣古怪的名字：頂夸克、上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克和底夸克。儘管它的名字很奇怪，六胞胎中最奇怪的實際上是頂夸克。到目前為止，最常見的夸克是上夸克和下夸克。
  • 可以傳染的奇異物質
    中子星是除黑洞之外最緻密的天體，在中子星的核心中存在著宇宙中最危險的物質：奇異物質。中子星是由一顆質量巨大的恆星超新星爆炸之後產生的，爆炸開始時，恆星的核心在其自身引力的作用下坍縮。構成原子核的粒子是質子和中子，而質子和中子是由更小的夸克構成。夸克永遠不會單獨存在，並且夸克之間存在一種夸克禁閉的現象，組成質子或者中子的夸克之間互相連接非常緊密，打斷這種連接需要巨大的能量，但是這些能量會產生新的夸克和新的連接。
  • 夸克竟然是楊振寧發現的？關於夸克的那些事兒（上）
    正是這些探索導致了夸克概念的提出。早在1949年，費米（E. Fermi）和楊振寧（C. N. Yang）首先嘗試用質子和反質子、中子和反中子等來解釋π介子。但費米–楊模型不能很好地解釋奇異粒子，因為p和n都不是奇異粒子，所以由它們也就不可能構成奇異粒子。接著，日本物理學家坂田昌一（S. Sakata）提出了強子的複合模型。
  • 「夸克之父」奇才默裡·蓋爾曼辭世
    他還指出，在強作用中，奇異數是守恆的，這解釋了為什麼奇異粒子的衰變不能由強作用引起以及在非奇異粒子的碰撞中奇異粒子為什麼會成對產生。他還證明，電磁作用中奇異數也是守恆的，而在弱作用中奇異數不守恆。奇異數方案的提出，不僅解釋了奇異粒子的行為，而且還預言了一些新的奇異粒子，這些粒子後來陸續為實驗所證實。
  • 夸克禁閉是什麼?為什麼會使夸克不能單獨存在?
    為什麼夸克不能單獨存在？這樣的提問已經是本末倒置了。科學不是解釋自然現象為何如此，而是在自然現象的基礎上歸納一般性規律，然後總結出的規律就是夸克不能單獨存在。比如科學家從來沒有發現過單獨存在的夸克，同時發現夸克之間的距離越遠，吸引力就越強。基於這樣的現象才總結出來了夸克禁閉的理論。
  • 宇宙中最危險的物質—「奇異星星」
    中子星是除了黑洞以外最緻密的物體，在它們的核心中，我們可能會發現最危險的物質的存在——「奇異物質」，一個極端得能讓宇宙改變規則的「奇異物質」，它是夸克物質的一種。質子和中子，即構成原子核的粒子，由更小的稱為夸克的粒子組成。夸克一點也不喜歡孤單，這就是我們所說的受限制。你可以嘗試將它們分開，可是你越努力，他們就越努力將自己拉回來。就算你使用大量的能量，他們也只是會用這些能量來創造新的夸克。夸克僅作為其他粒子的基礎構件存在，它們有很多種類，可是，似乎只有兩種可以產生穩定的物質：在質子和中子中發現的上夸克和下夸克。
  • 夸克的「蝸居」生活
    夸克是一種參與強相互作用的基本粒子，是構成物質的基本單元。在夸克發現之前，化學家可以將物質分到原子層級，由此確定了美麗昂貴的鑽石和黑乎乎的鉛筆芯其實是親兄弟，因為它們的主要成分都是碳原子。 化學家把物質分到原子就分不下去了，但是，物理學家還能分。
  • 如果地球碰到奇異夸克團，將會發生什麼？
    科學家們推測當兩顆中子星相撞時很可能釋放出一種新的粒子———奇異夸克團。為什麼叫奇異夸克團呢？因為它和我們身邊的普通物質很不相同，普通物質是由中子和質子構成的，而中子和質子又是由上夸克和下夸克構成的。
  • 如果地球碰到奇異夸克團,將會發生什麼?
    科學家們推測當兩顆中子星相撞時很可能釋放出一種新的粒子———奇異夸克團。為什麼叫奇異夸克團呢？因為它和我們身邊的普通物質很不相同，普通物質是由中子和質子構成的，而中子和質子又是由上夸克和下夸克構成的。而奇異夸克團中包含另一種夸克——奇異夸克。科學家們認為，奇異夸克團可能是在極端條件下形成一種穩定的物質，而中子星內部很可能存在奇異夸克團。奇異夸克團會吞噬周圍的物質，就象電影中的恐怖情節一樣，被怪物咬過的人都變成了怪物的一部分！如果你被奇異夸克團咬到，你也將變成奇異物質。這是一種很可怕的失控的級聯效應。