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科学家正努力:将发现比夸克更小的粒子
发布时间: 2019-11-03 来源: 点击次数:

质子和中子是构成原子核的粒子,看起来似乎已经足够微小。但科学家表示,这些亚原子粒子其实是由更小的粒子组成,他们将这些粒子称为kb88.com夸克。

“我认为最简单的说法是,夸克是物质的基本组成部分,构成了我们周围的一切,”理论物理学家杰弗里·韦斯特解释道。韦斯特在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室建立了高能物理研究小组,现在是圣塔菲研究所的杰出教授。

与电子和其他轻子一样,夸克似乎不能再继续分割为更小的结构。夸克是如此之小,以至于关于其大小的描述听起来都令人难以置信。伦敦大学学院物理学教授乔恩·巴特沃斯解释道,夸克的半径大约是质子半径的2000倍,而质子的半径比一粒沙子小2.4万亿倍。

1964年首次提出

最早在1964年,加州理工学院的理论物理学家默里·盖尔曼首次提出了夸克模型。他是发展粒子物理学标准模型的关键人物之一,也是1969年诺贝尔物理学奖得主。盖尔曼指出,要想解释质子和中子的性质,就必须假定它们由更小的粒子组成。与此同时,加州理工学院的另一位物理学家乔治·茨威格也独立地提出了这个想法。

从1967年到1973年,在斯坦福直线加速器中心进行的实验证实了夸克的存在。正如韦斯特所解释的,夸克的一个奇怪之处在于,它们可以被观察到,但不能被分离。“一个细微的区别在于,”他说,“它们和电子一样都是基本粒子,但对于电子,我们可以观察并分离它们。你可以指出某个电子的方向。对于夸克,你不可能从原子核中取出一个放到桌子上,对它进行检验。”

利用庞大的粒子加速器,科学家可以加速电子,并利用它们来探测原子核内部的秘密。如果电子撞击到足够深的地方,就会使夸克脱离,科学家就可以用非常精密的探测器来测量夸克。“我们重建了目标中组成质子和中子的基本单元,”韦斯特说。“你可以看到这些小点,我们把它们称为夸克。”

夸克有六种类型

与质子相比,夸克只带有部分电荷。根据质量,夸克可以分为六种类型,即六种“味”,分别是上、下、粲、奇、底和顶。它们还有一种名为“色荷”的性质,用来描述强相互作用如何把它们结合在一起。色荷由胶子携带,胶子也是一种基本粒子,负责在两个夸克之间传递强相互作用,就像光子负责在两个带电粒子之间传递电磁力一样。

美国堪萨斯大学的一个物理学研究小组计划使用大型强子对撞机上的一个设备来研究夸克和胶子之间的强相互作用。大型强子对撞机是世界上最强大的粒子加速器,位于法国和瑞士之间一条27公里长的隧道内。

我们的想法是更好地了解质子和重离子——比如铅——的结构,并研究一种叫做‘饱和’的新现象,”这项研究的领导者、堪萨斯大学物理学教授克里斯托夫·罗永解释道,“当两个质子或两个离子以极高的能量碰撞时,我们可以很灵敏地探测到它们的子结构——夸克和胶子,从而探测到某些胶子密度变得非常大的区域。”

“我们可以类比纽约高峰时段的地铁,此时地铁完全挤满了,”克里斯托夫补充道,“在这种情况下,胶子的行为不是单一的,而是可以表现出集体行为,就像拥挤的地铁一样,如果有人摔倒了,每个人都会感觉到,因为人们离得很近。在某种程度上,质子或重离子可以表现得像一个固体,像一块玻璃,这种状态称为‘色玻璃凝聚态’。这是我们希望在大型强子对撞机上看到的,也希望在美国未来的电子-离子对撞机上能看到。”

如果能找到这种稠密胶子物质存在的证据,或许将回答关于夸克最大的一个未解问题。“这是物质的一种新状态,”克里斯托夫说,“相对论性重离子对撞机或大型强子对撞机已经提供了一些暗示,但一切都还不确定。这将是一个重要的发现,大型强子对撞机和电子-离子对撞机都是观察这一现象的理想设备。”

科学家还想解答的另一个重要问题是,是否有比夸克更小的东西?“是否还存在另一个层次?”韦斯特说,“我们不知道答案。”

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