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夸克为什么不能单独存在,夸克禁闭是什么

来源:整理 时间:2022-05-28 13:31:30 编辑:科技知识 手机版

渐近自由解释了夸克禁闭的原因,也就是什么夸克不能单独存在。我们已经知道,由于夸克禁闭,夸克不可能单独存在。即便如此,物理学家也可以通过研究重子和介子来确定夸克的各种性质。所以夸克不可能单独存在而不影响夸克模型和量子色动力学的正确性。

“夸克为什么不能单独存在”问题解决了吗?

这个问题的答案等同于介绍一下2004年的诺贝尔物理学奖。2004年诺贝尔物理学奖奖给的是大卫·格罗斯,弗兰克·维尔兹克,大卫·波利泽尔利用描述强相互作用的“量子色动力学(QCD)”解决了“夸克渐进自由”的工作,夸克渐进自由解释了“夸克禁闭”的原因,也就是夸克为什么不能单独存在。夸克最早由盖尔曼在1961年预言,用来解释为什么出现了那么多重子和介子种类,

1968年SLAC加速器上的非弹性散射实验确认了质子和中子有内部结构,费曼称它们为“部分子”,后来确认这个内部结构就是夸克,其中重子(质子和中子等)由三个夸克组成,介子由一对正反夸克组成。拿质子来说,三个夸克组成一个稳定的结构,同时夸克之间的相互作用比电磁力强很多,称为强相互作用,这个结构对应的强相互作用的“荷”必须是中性的,

这个“荷”称为色荷,用红绿蓝表示(但跟真的颜色无关,只是比喻)。强相互作用符合SU(3)对称性,这就要求夸克之间通过交换一种叫做“胶子”的玻色子来传递强相互作用,胶子本身也必须携带色荷,这就是量子色动力学(QCD)。量子色动力学形式上可以写的很简单,但是由于色荷在相互作用中不断传递,求解出强相互作用的势非常难,

格罗斯,维尔兹克和波利泽尔完成了这个艰巨的任务,他们计算出了强相互作用的势能函数,发现了一个有趣的现象,那就是夸克间的强相互作用随着距离的增加会急剧增大!这跟其它三种基本力(引力,电磁力,弱相互作用)是完全相反的,这将导致一个结果,那就是夸克之间离得非常近的时候,会束缚减弱,变得越来越自由,即“渐进自由”。

当夸克距离拉大,束缚会急剧变强,如果想通过能量把两个夸克分开,那么这个能量就会大到足以在真空中激发出新的正反夸克对,使得原来两个夸克变成了两对束缚的夸克,也就是说,我们无法得到单独的夸克。即使如此,物理学家们也可以通过研究重子和介子来确定夸克的各种性质,因此夸克不能单独存在丝毫不影响夸克模型和量子色动力学的正确性,

夸克禁闭是什么?为什么会使夸克不能单独存在?

夸克很多人都听说过,但“夸克禁闭”这个概念听说过的人应该不多,这算是粒子物理学中的一个“谜题”吧。“夸克禁闭”描述的是一种物理现象,简单的说,就是指夸克不会单独存在,我们都知道的是,这个物质的世界是由原子和分子组成的,原子核一般是由质子和中子组成的,而质子和中子是由夸克组成的。夸克是目前已知的最小的一种基本粒子,但科学家在物理实验的观测中,像质子与中子这些基本粒子是可以拿出来单独观测的,但夸克不同,我们现在所有的物理观察都无法观测到单独的夸克存在,只能发现由一对或几对夸克组成的粒子,

这种无法观测单独夸克的现象被称为“夸克禁闭”。“夸克禁闭”这种现象并不是因为夸克“尺寸”过于微小(小于10^-18米)而无法单独观测,而是存在一种无法打破的“循环”,在这里,我们要了解一点的就是,在微观层面,能量与质量的界限是比较模糊的,特别是夸克这种“级别”的,你把它看做是一小团能量也是可以的。对于质子或中子,它们之间结合是由核力,也就是在强相互作用力下结合到一起的,只要有足够的能量就可以把它们分开,

然而,这种“蛮力”对夸克不起作用。目前,夸克禁闭的流行解释是弦理论。夸克由强子连接,强子可以认为是很短的弦。夸克是这根弦的两端。如果要把这两个夸克分开,就需要很大的能量来“折断”这根弦。然而,分离两个夸克的能量足以分离夸克并形成一对新的夸克(能量

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