目前已知的最小粒子:7個關於「夸克」的奇怪事實

2020-11-22 前瞻網

目前已知的最小粒子：7個關於「夸克」的奇怪事實

 Connor Feng • 2019-04-04 18:22:58　來源：前瞻網　E2489G0

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很小的粒子

夸克是一種不僅看不見，而且幾乎無法測量的粒子。這些微小的粒子是亞原子粒子——強子的基礎。然而，隨著過去50年粒子物理學領域的每一項發現，關於夸克如何影響宇宙發展和最終命運的問題也越來越多。下面是關於夸克的七個奇怪事實。

在宇宙大爆炸之後出現

第一個夸克在宇宙形成後約10^ - 12秒出現，與此同時弱力(在今天弱力是一些放射現象的基礎)與電磁力分離。夸克的反粒子大約也在同一時間出現。

在原子加速器中被發現

20世紀60年代，斯坦福線性加速器中心(Stanford Linear Accelerator Center)的研究人員發現，電子之間的散射比計算結果要更遠，這引發了一個謎題。隨後，更多的研究發現，在這些原子的核子或核心中，至少有三個位置的電子散射比預期的要多，這意味著有某種原因導致了這種散射，而這也正是我們今天理解夸克的基礎。

由詹姆斯·喬伊斯提出

默裡·蓋爾曼(Murray Gell-Mann)是上世紀60年代夸克模型的共同提出者，他從1939年詹姆斯·喬伊斯(James Joyce)的著作《芬尼根的守靈夜》(Finnegan's Wake)中得到了靈感，書中寫道：「Three quarks for Muster Mark! / Sure he has not got much of a bark / And sure any he has it's all beside the mark.」(這本書早在夸克被發現之前就出版了，所以它們的名字一直都是這樣拼寫的。)

有不同的「味」

物理學家把不同類型的夸克分為不同的味(在粒子物理學中，味即基本粒子的種類)：上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克。這些夸克的味之間最大的區別在於它們的質量，但也有一些因電荷和自旋而異。例如，雖然所有夸克的自旋都是1/2，但其中三個(上夸克、粲夸克和頂夸克)帶著2/3的電荷，另外三個(下夸克、奇夸克和底夸克)帶著- 1/3的電荷。夸克在一開始以一種味的狀態出現並不意味著它會一直保持同一種味;下夸克可以很容易轉變為上夸克，粲夸克也可以轉變為奇夸克。

很難測量

喬治亞州立大學的一篇入門課程指出，夸克無法被測量，因為在被單獨觀察到之前，觀察所需的能量會產生一種反物質等價物(稱為反夸克)。所以夸克的質量最好通過一些技術來確定，比如使用超級計算機來模擬夸克和膠子之間的相互作用(膠子是把夸克粘合在一起的粒子)。

讓我們更了解物質

2014年，研究人員首次觀察到了粲夸克衰變為其反粒子，這為科學家們提供了更多關於物質行為的信息。因為粒子和反粒子理應會互相毀滅，所以有人會認為宇宙應該只會剩下光子和其他基本粒子，然而，反光子和反粒子仍然存在，這也就引出了為什麼宇宙主要由物質而非反物質構成這個謎題。

可能決定宇宙的命運

確定頂夸克的質量可能會向研究人員揭示兩種可怕情景中的某一個：宇宙可能在100億年之後終結，或者人類可能是憑空出現的。如果頂夸克比預期的要重，那麼穿過真空的能量就會坍塌。如果它的質量低於預期，一個叫做「玻爾茲曼大腦」的令人難以置信的場景可能會出現，隨機的原子集合可能會組成一個有自我意識的實體。(雖然這不是標準模型的一部分，但該理論——作為一個悖論框架——認為，它更有可能會看到有組織的原子群，就像宇宙中觀察到的那些隨機原子群一樣。)

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