强子
词源学
在1962年国际高能物理大会的全体会议里,列夫‧奥肯发表演讲提议创建术语“hadron”,
性质
每一种强子的总色荷为零。例如,一个介子的绿色与品红色(反绿色)箭矢相互抵销成为白色;一个重子的红色、绿色、蓝色箭矢相互抵销成为白色;一个反重子的黄色(反蓝色)、品红色(反绿色)、青色(反红色)箭矢相互抵销成为白色。
根据夸克模型,强子的性质主要是决定于其价夸克,例如,质子是由两个上夸克与一个下夸克所组成;上夸克的电荷为+ ⁄ 3 ,下夸克的电荷为− ⁄ 3 ,所以,质子的电荷为+1。
每一个夸克都带有色荷,这色荷可以为红色,绿色或蓝色,而强子的色荷必需为零,即强子的颜色必需为“无色”或“白色”,这是因为一种称为夸克禁闭的物理现象。最简单达成这目标的方法有两种:
组成重子的三个夸克必须带有不同的色荷。
组成介子的一个夸克与一个反夸克必须带有相反的颜色,例如,假若夸克带有红色,则反夸克必须带有反红色。
更进一步分析,强子并不只是由两个或三个夸克组成,这是因为强相互作用的能量,即传递强相互作用的胶子可能会拥有足够能量 E {\displaystyle E} 来产生共振,而这共振是由带质量夸克所组成的:
其中, m {\displaystyle m} 是夸克的质量。
因此,数量比率为1:1的虚夸克与虚反夸克,形成了大多数带质量粒子在强子内部。两个或三个价夸克是额外多余部分。由于虚夸克不是稳定的波包(量子),而是非规律的暂时性现象,辨识哪个夸克是实夸克,哪个夸克是虚夸克,这动作并不具有实际意义,只有额外多余部分才可从外部观察得到。
如同所有亚原子粒子,每个强子都被分派一个量子数对应于庞加莱群的表示:J (m);其中,J是自旋量子数,P是内秉宇称,C是正 反共 轭(电荷共轭),m是粒子质量。注意到强子的大部分质量不是由价夸克所贡献,而是因为质能等价,大部分质量是从强相对作用的能量所贡献的。强子也带有味量子数,例如,同位旋、奇异数、顶数、底数、粲数等等。所有夸克都带有一种加性的守恒量子数,称为重子数B;夸克的重子数为+ ⁄ 3 ,反夸克的重子数为− ⁄ 3 ,因此,重子的重子数为1,介子的重子数为0。
强子的激发态称为“共振”;每一个基态强子都可能对应于几个激发态。在粒子物理实验里,可能会观察到几百个共振;通过强相对作用,它们很快地会衰变,大约在10 秒内。
在某些相态里,强子可能会消逝无踪,例如,在非常高温与高压状况,除非有足够多风味的夸克,量子色动力学的理论预测,夸克与胶子会逃出强子的禁闭,因为能量越高,强相对作用的耦合越弱,这性质称为渐近自由,已被实验证实在1GeV与1TeV能量区间成立。
重子
由轻夸克(上夸克、下夸克和奇夸克)中任意三个夸克组成的自旋 ⁄ 2 重子,这八种最轻的重子形成为轻夸克的重子八重组。
重子是由三个夸克组成,是自旋为 ⁄ 2 费米子。每一个夸克的重子数为 ⁄ 3 ,所以,重子的重子数为1。最为人知的重子是质子与中子。
物理学者假设,除了三个夸克以外,还拥有一对夸克与反夸克的奇异重子存在。这种重子称为五夸克,处于五夸克态。2000年代曾提出几个候选五夸克,但是更深入研究发现它们并不存在。这结果不排除未来可能找到五夸克的可能性,只是排除了这些候选五夸克。
每一种重子都有其对应的反重子,假设将重子里的每一个夸克用其反夸克取代,则可得到这反重子。例如,质子是由两个上夸克与一个下夸克组成,它的反粒子是反质子,是由两个反上夸克与一个反下夸克组成。
介子
由轻夸克(上夸克、下夸克和奇夸克)中任意一个夸克与任意一个反夸克组成的自旋0介子,这九种最轻的介子形成为轻夸克的介子九重组。
介子是由夸克-反夸克对组成的强子。介子是自旋为整数的玻色子,拥有偶数个夸克。介子的重子数为零。在粒子物理学实验里常见的介子有 π 介子、 K 介子等等。在原子核里, K 介子通过核力也扮演了捆绑核子的角色。
原则而言,几个夸克-反夸克对组成的介子可能存在。由两对组成的假想介子称为四夸克,处于四夸克态。2000年代曾提出几个候选四夸克,但是它们是否存在仍极具争议。 另外,还有一些假想的奇异介子是在夸克模型的分类以外,这包括胶球与 混介子 ( 英语 : hybrid meson ) (被激发态胶子捆绑组成的介子)
参阅
大型强子对撞机
粒子列表
强子化 ( 英语 : Hadronization )
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