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宇宙中最小的物质是什么,夸克是什么

来源:整理 时间:2022-04-11 11:07:17 编辑:华为40 手机版

目前已知有六种夸克:上夸克、下夸克、粲夸克、奇夸克、顶夸克和底夸克。夸克物质仅仅是最直接的解释。上夸克的质量最小,顶夸克的质量最大,下夸克的质量大约是上夸克的两倍。“,我们已经能够做的是,量化这种情况下需要的是什么。量子色动力学是描述夸克物理性质的理论。

夸克是什么物质组成的?

夸克是什么物质组成的

物质都由原子组成,原子则由原子核以及绕核运行的电子组成,原子核又由质子和中子组成(除氕原子核之外),而夸克就是组成质子和中子的理论基本粒子。虽然由于色禁闭,夸克从未被直接观测到,但很多实验都能间接表明它们的存在。在粒子物理学中,引入夸克模型,非常符合实际观测结果。按照目前的认知,夸克是组成物质的最基本单位。

不过,按照弦理论,“能量弦”才是物质的最基本单位,由于它们的振动和运动产生了我们所观测到的基本粒子。但弦理论还只是一种数学原理,缺乏实验的证实。下面,我们来简单了解一下夸克。夸克和轻子(如电子、μ介子、中微子及其反粒子)两大类基本粒子组成了宇宙中所有可见的物质。夸克是与四大基本自然力(电磁力、引力、强核力和弱核力)都有相互作用的唯一基本粒子。

这些粒子具有色禁闭的基本属性——夸克都是以强子的形式出现,无法被单独分离出来。量子色动力学是描述夸克物理性质的理论。就像其他亚原子粒子一样,夸克可以用三个量子数来进行描述:自旋J、宇称P和质量m。因为夸克无法单独分离出来,所以必须通过观测由它们组成的较大粒子来推断其性质。目前已知有六种夸克:上夸克、下夸克、粲夸克、奇夸克、顶夸克和底夸克。

几种夸克的质量各不相同,它们的质量一般用兆电子伏特除以光速的平方(MeV/c^2))来表示。亚原子粒子是根据它们产生的能量而不是质量来测量的。上夸克的质量最小,顶夸克的质量最大,下夸克的质量大约是上夸克的两倍。包括质子和中子在内的所有重子,全部都是由三个夸克组成。例如,质子由两个上夸克和一个下夸克组成,中子由两个下夸克和一个上夸克组成。

科学家发现大量中子星中“夸克核”的依据是什么?

科学家发现大量中子星中“夸克核”的依据是什么

天体物理学家发现了一种名为夸克物质的奇怪物质的证据,它位于致密星的核心。研究人员结合最近的理论计算和中子星碰撞产生的引力波的测量结果,发现最大规模的中子星很可能有 "夸克核"。在正常物质中,被称为夸克的基本粒子只存在于质子和中子内部。但是,如果正常物质受到极端温度的影响或者以非常高的密度聚集在一起,它就会 "融化 "在一起,让夸克物质在物质内部的任何地方自由地游荡。

这种奇特的新状态被称为夸克物质。人们认为,在宇宙大爆炸后的20微秒左右,一种叫做“夸克—胶子等离子体”的奇特物质充斥着宇宙,其行为就像一种无比炽热的液体,在冷却后变成了今天充斥在宇宙中的常规物质。如今,你能找到夸克物质的地方只有(短暂地)在大型强子对撞机的粒子碰撞中--也许还有中子星的核心。当某些恒星死亡时,它们的核心会坍塌,成为黑洞或中子星。

如果是后一种情况,这个新的天体会把比太阳质量还大的天体“塞进”一个城市大小的空间里。很显然,这就产生了一些极端密度的物质,长期以来一直被理论化为夸克物质。在这项新研究中,来自赫尔辛基大学的研究人员现在宣称,在一些中子星中已经全部确认了“夸克核”。特别是那些质量最大的、质量是太阳的2倍以上的中子星。以前认为两个太阳质量是中子星的绝对上限--质量再大一点,原始恒星就会坍塌成黑洞。

但天文学家最近发现,有少数中子星的质量超过了这个 "极限"。根据新研究,正是在这些恒星中可以找到“夸克核”。在某些情况下,“夸克核”甚至可能占到中子星本身的一半以上。为了得出这个结论,研究小组计算出了中子星中物质的 "状态方程"。这个方程根据压力和能量密度的关系,描述了中子星中的物质会是什么样子。最近天文学家们对中子星究竟能有多大、多大的质量有了更清晰的认识。

特别是,中子星之间的碰撞产生的引力波已经被激光干涉引力波天文台(LIGO)和欧洲的处女座探测器探测到了。编码在这些信号中的信息可以揭示出很多关于产生这些信号的天体的信息。总的来说,这些新数据让这项研究得以尽可能的准确。研究人员说,他们 "几乎可以肯定 "发现了夸克物质--但他们也承认,他们有可能错了。

夸克物质仅仅是最直接的解释。“所有中子星都是由核物质单独组成的可能性仍然很小,但不是零,”该研究的主要作者Aleski Vuorinen说。“然而,我们已经能够做的是,量化这种情况下需要的是什么。”Aleski Vuorinen说。“简而言之,那么密集核物质的行为将需要真正的奇特。比如说,声速需要达到几乎与光速相当的速度。

文章TAG:夸克宇宙物质

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