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全宇宙什麽最小

迄今為止人們所發現的最小的微粒應該是誇克

20世紀60年代,美國物理學家默裏·蓋爾曼和G.茨威格各自獨立提出了中子、質子這壹類強子是由更基本的單元——誇克(quark)組成的,很多中國物理學家稱其為“層子”。

(壹個質子和壹個反質子在高能下碰撞,產生了壹對幾乎自由的誇克。)

 1964年,美國物理學家默裏·蓋爾曼和G.茨威格各自獨立提出了中子、質子這壹類強子是由更基本的單元——Quark組成的。它們具有分數電荷,是基本電量的2/3或-1/3倍,自旋為1/2。

所有的中子都是由三個誇克組成的,反中子則是由三個相應的反誇克組成的,比如質子,中子。質子由兩個上誇克和壹個下誇克組成,中子是由兩個下誇克和壹個上誇克組成。

誇克的電荷值為分數——基本電荷的?1?3倍或+2?3倍,隨味而定。上、粲及頂誇克(這三種叫“上型誇克”)的電荷為+2?3,而下、奇及底誇克(這三種叫“下型誇克”)的則為?1?3。反誇克與其所對應的誇克電荷相反;上型反誇克的電荷為?2?3,而下型反誇克的電荷則為+1?3。由於強子的電荷,為組成它的誇克的電荷總和,所以所有強子的電荷均為整數:三個誇克的組合(重子)、三個反誇克(反重子),或壹個誇克配壹個反誇克(介子),加起來電荷值都是整數。例如,組成原子核的強子,中子和質子,其電荷分別為0及+1;中子由兩個下誇克和壹個上誇克組成,而質子則由兩個上誇克和壹個下誇克組成。

自旋  自旋是基本粒子的壹種內在特性,它的方向是壹項重要的自由度。在視像化時,有時它會被視為壹沿著自己中軸轉動的物體(所以名叫“自旋”),但是由於科學家們認為基本粒子應是點粒子,所以上述這個看法有點兒誤導。

自旋可以用矢量來代表,其長度可用約化普朗克常數?來量度。量度誇克時,在任何軸上量度自旋的矢量分量,結果皆為+?/2或?/2;因此誇克是壹種自旋1?2粒子。沿某壹軸(慣例上為z軸)上的旋轉分量,壹般用上箭頭↑來代表+1?2,下箭頭↓來代表?1?2,然後在後加上味的符號。例如,壹自旋為+1?2的上誇克可被寫成u↑。

弱相互作用  誇克只能通過弱相互作用,由壹種味轉變成另壹種味,弱相互作用是粒子物理學的四種基本相互作用之壹。任何上型的誇克(上、粲及頂誇克),都可以通過吸收或釋放壹W玻色子,而變成下型的誇克(下、奇及底誇克),反之亦然。這種變味機制正是導致β衰變這種放射過程的原因,在β衰變中,壹中子(n)“分裂”成壹質子(p)、壹電子(e)及壹反電子中微子(νe)(見右圖)。在β衰變發生時,中子(udd)內的壹下誇克在釋放壹虛W玻色子後,隨即衰變成壹上誇克,於是中子就變成了質子(uud)。隨後W玻色子衰變成壹電子及壹反電子中微子。

質量  在提及誇克質量時,需要用到兩個詞:壹個是“凈誇克質量”,也就是誇克本身的質量;另壹個是“組誇克質量”,也就是凈誇克質量加上其周圍膠子場的質量。這兩個質量的數值壹般相差甚遠。壹個強子中的大部份的質量,都屬於把誇克束縛起來的膠子,而不是誇克本身。盡管膠子的內在質量為零,它們擁有能量——更準確地,應為量子色動力學束縛能(QCBE)——就是它為強子提供了這麽多的質量(見狹義相對論中的質量)。例如,壹個質子的質量約為938 MeV/C2,其中三個價誇克大概只有11 MeV/c2;其余大部份質量都可以歸咎於膠子的QCBE。

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