高顶古茶多少钱:基本粒子为什么有的带电有的不带电？

■基本粒子是什么?

人们常以“捡了芝麻，丢了西瓜”来比喻芝麻之小。可是，在物质的微观世界里，芝麻却简直大得无法比拟。芝麻由无数个细胞组成，细胞又由无数个分子组成，分子又由原子组成。
二十世纪初，人们发现原子是由电子和原子核组成的。原子很小，原子核更是微乎其微。
如果说，一个原子像十层高楼那么大的话，那么原子核只有一粒豆子那样小。而且，原子核还可以分成更小的“小不点儿”。
这些“小不点儿”都属于原子世界的“居民”，种类很多。起初，人们只发现了电子、光子、质子、中子四种。后来，又发现了正电子、中微子、介子、超子、变子等，统称为“基本粒子”。
1972年，我国高能物理研究所云南宇宙线观测站，在宇宙线中发现一种新的重质量荷电粒子。1974年秋，美籍物理学家丁肇中教授为首的实验小组，发现一种新的重光子，命名为丁粒子。在1979年，丁肇中再接再厉，又发现了一种新的重要的基本粒子——胶子。据统计，目前已发现的基本粒子近300种，而且还在不断发现之中。
在基本粒子的家族中，要算质子和中子比较大，它们的直径约十万亿分之一厘米，别的基本粒子，就要小得多了。例如，一千八百三十六个电子的总质量只相当于一个质子而一个中微子或反中微子，只有一个电子质量的万分之一。有趣的是，光子的静止质量竟等于零。质量最大的是超子，超过质子质量的340倍，所以叫做“超子”。不过，超子的寿命很短，一般只能“活”一百亿分之一秒。介子的名称来源也很有趣，就是说它的质量是介于电子和质子间的基本粒子。介子的“兄弟”很多，有的带正电，有的带负电，有的不带电，它也有打进原于核，引起核反应的本领。
人们还发现，这些基本粒子，竟能互相变来变去，就拿电子和正电子来说，它俩长得一样大，质量也一样，带着同样多的电荷——只是电荷的正负相反。它俩遇在一起，可以变成两个光子。当反质子和质子相接近时，两者都会丧失电荷变成中性的反中子。1960年3月，我国物理学家王涣昌教授在第九届国际高能物理学会议上，报告了他发现的新的基本粒子——反西格马负超子。这种负超子可以衰变成一个反中子和一个带电的介子。★这就是说，这些原子世界的小“居民”彼此间不是孤立静止的。而是相互联系，变化着的。
基本粒子，是不是物质世界最“基本”的微粒了呢?其实，真正的“基本”粒子是不存在的。物质是无限可分的。任何“基本”粒子都还可以一分为二。
现在，人们提出了许多关于基本粒子的理论。如我国科学工作者提出了“层子模型”，日本著名物理学家坂田昌一提出了“坂田模型”等等。尽管原子世界的“居民们”是那么微小，那么难以捉摸，然而高能物理工作者们正在继续探索，努力揭开微观世界的种种奥秘。

一、夸克理论提出的背景
??20世纪50年代以前，科学家们按粒子间作用力的特点把粒子分为三大类：第一类是轻子，只参与弱力、电磁力和引力作用，不参与强力作用，而且自旋为半整数的粒子；第二类是强子，不仅参与弱力、电磁力和引力作用，而且参与强力的粒子．强子又可按其自旋的不同分为两大类：一类其自旋为半整数，统称为重子，如质子、中子等，另一类其自旋为整数或零，统称为介子，如π介子等；第三类是传播子，即传递相互作用的基本粒子，如光子〔2〕．
??由于粒子中绝大多数是强子，而且轻子只有6个（这里没有包括其反粒子），于是科学家猜测：从某种意义上说，轻子是比强子更基本的粒子，而强子是复合体系，其中包含更少的和更基本的单元，强子是由更简单的粒子——夸克组成的．
??二、夸克名字的由来
??夸克模型是1964年由盖尔曼（Murrey Gell－Mann）和兹威格（G．Zweig）独立引入的，他们认为强子是由三种更基本的粒子组成的．盖尔曼称组成强子的新粒子为夸克（quarks），而兹威格称它们为爱斯（aces），像纸牌中爱斯（A）一样〔3〕．盖尔曼借用了詹姆斯·乔埃斯（James Joyce）写的一首题为《芬尼根的彻底祭》的长诗中的一句：“向麦克老大三呼夸克”．这里夸克是海鸟的叫声，用三声称呼三种基本粒子〔4〕．夸克的称呼一直被沿用至今．这些名字，无论夸克或爱斯，仅仅表明作者的俏皮话，并没有必要深究．
??三、最初的三味夸克
??根据夸克模型，通常用u、d、s来代表三个夸克（夸克的总称用q代表），u（up）称为上夸克，d（down）称为下夸克，s（strange）称为奇异夸克或奇夸克，称三种夸克为三味．他们推测出夸克的各种量子数如表1所示．
?? 表1 夸克的量子数
s B Q I Iz S Y
上夸克u 1／2 1／3 2／3 1／2 1／2 0 1／3
下夸克d 1／2 1／3 －1／3 1／2 -1／2 0 1／3
奇夸克s 1／2 1／3 －1／3 0 0 -1 -2／3

? 注：s为粒子的自旋，B为重子数，Q为电荷，I为同位旋，Iz为同位旋分量，S为奇异数，Y＝（B＋S）为超荷〔5〕．
??由表1可知：夸克的性质是奇特的，而且是带分数电荷，这是人们始料不及的．根据强子结构的夸克模型，重子是由三个夸克构成的，如质子p（uud）、中子n（udd）、Ω－（sss）、Δ－（uuu）等，而介子是由正反两种夸克构成的，如π＋（u）、π－（d）等，由夸克的各种量子数可推算出强子对应的量子数，也就是上一层次的性质由下一层次粒子的性质决定的．（注、、为u、d、s的反夸克）
??四、夸克的三色
??在上述粒子中，如Ω－（sss），Δ＋＋（uuu），由于夸克是费米子（自旋为半整数的粒子），夸克都处于基态时，三个相同的夸克处于相同的状态，这违背了泡利不相容原理（泡利不相容原理：对于半整数的费米子，不允许有两个或两个以上相同的粒子处于同一状态）．为解决这个矛盾，1964年格林伯格（D．W．Greenberg）为夸克引入了一个新的量子数——色量子数（这不是光学上真正的颜色的原意，而只是借用了这个名称），以表示同味夸克还有不同的种类，称之为“色荷”（与电荷类比）．他根据SU（3）群论，指定夸克有三色：红（R）、黄（Y）、绿（G），如记作ur、uy、ug．这样由带不同色荷的同味夸克构成的粒子就不违反泡利不相容原理．夸克确定具有“色”的第一个证据是在π0介子衰变了两个光为的过程中找到的．
??五?粲夸克的由来
??从1964年起，三夸克模型取得了巨大的成功，并于1968年由费里德曼（Jerome I．Friedman）、肯德尔（Henry W．Kendall）和泰勒（Richard E．Taylor）领导的实验组在斯坦福电子直线加速器上做的电子—质子非弹性散射实验中证实了夸克的存在．该实验结果还表明了质子里的夸克数为3〔6〕．但是，一直到1974年，美籍华人丁肇中在美国布鲁克海汶实验室发现了一个新粒子，命名为J粒子，与此同时里克特（B．Richter）在斯坦福直线加速器中心也找到了同样的粒子，命名为Ψ粒子，现在该粒子叫做J／Ψ粒子．它不能用通常的三味夸克来构成，因此又引入了一种新夸克，用c来表示，c（charm：可爱和迷人的意思）称为粲夸克．J／Ψ粒子是由粲夸克和反粲夸克构成的，粲夸克的最主要特征是它具有了一个新的量子数即粲数C，粲夸克和反粲夸克的粲数分别是＋1和－1．
??六?底夸克和顶夸克的由来
??1977年，雷德曼（Leederman）小组在美国费米实验室发现了新粒子Υ，为解决粒子Υ不得不引入第五种夸克，它被取名为底夸克（bottom）或美（beauty）夸克，用第一个字母“b”来表示．Υ粒子是由底夸克和反底夸克构成的．底夸克的电荷为-1／3，从对称性考虑似乎还应存在一种电荷为＋1／3的夸克，这种夸克被取名为顶夸克（top）或真（truth）第六味夸克，用第一个字母“t”来表示．直到1994年5月，美国费米实验室宣布发现了第六味夸克，据目前的理论，夸克只有六种且已全部被找到．粲夸克、底夸克、顶夸克的量子数如表2所示．
????表2

s B Q I Iz S Y
粲夸克c 1／2 1／3 2／3 0 0 0 4／3
底夸克b 1／2 1／3 －1／3 0 0 0 -2／3
顶夸克t 1／2 1／3 2／3 0 0 0 4／3

在粒子物理学中有一个“标准模型”，这个标准模型告诉我们，组成自然界万事万物的基本粒子是夸克和轻子．夸克构成了中子、质子和所有的原子核．它有六味三色．轻子有带电的和不带电的，带电的轻子是电子e、u子和τ重轻子，不带电的有电子中微子νe，μ子中微子νμ和τ中微子ντ，而且夸克和轻子都是成对的，即有三对夸克和三对轻子．一般称三代：
?? 第一代（νe，e）——（u，d）；
?? 第二代（νμ，μ）——（c，s）；
?? 第三代（ντ，τ）——（t，b）．
??其中第二代、第三代粒子好像是第一代粒子的重复再现，除了子一代比上一代质量大以外，其它物理性质各代都是非常相似的〔7〕．
??七?夸克是如何组成强子的
??量子色动力学认为，带色的夸克通过交换胶子（胶子是强子中的电中性粒子，顾名思义，其作用是使夸克粘合而形成强子，胶子有八种）而结合，即夸克与夸克、或夸克与反夸克、或反夸克与反奈克之间通过胶子而结合在一起．凡带有色荷的粒子能放出和吸收胶子，从而实现强相互作用．吸收和放出胶子可使夸克改变颜色．而原子核内的核力是核子内夸克之间强相互作用力的剩余效应．
??八?夸克的渐近自由和红外禁闭
??在线度大约小于10－14cm、相应能量大于1GeV（1GeV＝109eV）的区域内，夸克之间的距离越小（或能量越高），则相互作用强度越小，这个结果称为“渐近自由”．在这样的距离上，夸克的行为像是一些独立的粒子，它们之间不存在强相互作用力．然而，当能量大约小于1GeV，距离接近或大于10－13cm时，夸克间的强相互作用力似乎会很快变得非常大，以至于不可能将它们分开到宏观距离而成为自由夸克．这种情况称为“红外禁闭”．强作用的红外禁闭性质表明，自由夸克不能存在，它只能永远被禁闭在强子内〔8〕．
??夸克是否就是自然界中最小的不可再分割的粒子呢?在现在的高能物理的尺寸范围内（10－16cm），夸克仍是点粒子，没有结构．但有人估计，夸克极有可能是有结构的．我们期待科学的进一步发展．

没有为什么