[科普中國]-夸克禁閉

夸克禁閉是一種物理現(xiàn)象，描述夸克不會單獨存在。由于強相互作用力，帶色荷的夸克被限制和其他夸克在一起（兩個或三個組成一個粒子），使得總色荷為零?？淇酥g的作用力隨著距離的增加而增加，因此而不能發(fā)現(xiàn)單獨存在的夸克。

簡介夸克禁閉是一種物理現(xiàn)象，描述夸克不會單獨存在。由于強相互作用力，帶色荷的夸克被限制和其他夸克在一起（兩個或三個組成一個粒子），使得總色荷為零。夸克之間的作用力隨著距離的增加而增加，因此而不能發(fā)現(xiàn)單獨存在的夸克。1

產(chǎn)生夸克是在宇宙產(chǎn)生10-10秒后產(chǎn)生的，那時宇宙的溫度已經(jīng)下降到低于100GeV，這是產(chǎn)生成對的W和Z粒子的門檻。從那個時候起，W和Z粒子接過了進行粒子間弱相互作用的任務而且也不會單獨存在，除非在它們產(chǎn)生的地方（短暫的）。宇宙誕生后約10-6~10-3秒之間，其溫度降到夸克不再有足夠的能量自由漫游的程度，而是兩個或三個約束在一起。宇宙誕生大約1微秒后，可用能量低于幾百TeV，夸克和反夸克凝聚成重子和反重子?？淇说入x子階段在宇宙起源10-4秒后就結束了。1

夸克夸克（英語：quark，又譯“層子”或“虧子”）是一種基本粒子，也是構成物質的基本單元?？淇嘶ハ嘟Y合，形成一種復合粒子，叫強子，強子中最穩(wěn)定的是質子和中子，它們是構成原子核的單元。由于一種叫“夸克禁閉”的現(xiàn)象，夸克不能夠直接被觀測到，或是被分離出來；只能夠在強子里面找到夸克。因為這個原因，人類對夸克的所知大都是來自對強子的觀測。

夸克有六種“味”，分別是上、下、粲、奇、底及頂。上及下夸克的質量是所有夸克中最低的。較重的夸克會通過一個叫粒子衰變的過程，來迅速地變成上或下夸克。粒子衰變是一個從高質量態(tài)變成低質量態(tài)的過程。就是因為這個原因，上及下夸克一般來說很穩(wěn)定，所以它們在宇宙中很常見，而奇、粲、頂及底則只能經(jīng)由高能粒子的碰撞產(chǎn)生（例如宇宙射線及粒子加速器）。

夸克有著多種不同的內在特性，包括電荷、色荷、自旋及質量等。在標準模型中，夸克是唯一一種能經(jīng)受全部四種基本相互作用的基本粒子，基本相互作用有時會被稱為“基本力”（電磁相互作用力、萬有引力、強相互作用力及弱相互作用力）?？淇送瑫r是現(xiàn)時已知唯一一種基本電荷非整數(shù)的粒子?？淇嗣恳环N味都有一種對應的反粒子，叫反夸克，它跟夸克的不同之處，只在于它的一些特性跟夸克大小一樣但正負不同。

夸克模型分別由默里·蓋爾曼與喬治·茨威格于1964年獨立地提出。引入夸克這一概念，是為了能更好地整理各種強子，而當時并沒有什么能證實夸克存在的物理證據(jù)，直到1968年SLAC開發(fā)出深度非彈性散射實驗為止?？淇说牧N味已經(jīng)全部被加速器實驗所觀測到；而于1995年在費米實驗室被觀測到的頂夸克，是最后發(fā)現(xiàn)的一種。1

強相互作用強相互作用是作用于強子之間的力，是所知四種宇宙間基本作用力最強的，也是作用距離第二短的（大約在 10m 范圍內，比弱相互作用的范圍大）。另外三種相互作用分別是引力、電磁力及弱相互作用。核子間的核力就是強相互作用。它抵抗了質子之間的強大的電磁力，維持了原子核的穩(wěn)定。強相互作用也將夸克基本粒子結合成為質子及中子等強子，這也是組成大部分物質的粒子。而且一般質子或中子里，大部分的質能是以強相互作用場能量的形式存在，夸克只提供了1%的質能。

強相互作用可以在二個地方看到：較大的尺度（約1至3飛米）下，強相互作用將質子及中子結合成為原子的原子核，較小的尺度（約0.8飛米，約為核子的尺寸）下，強相互作用將夸克結合，成為質子、中子或其他強子。強相互作用的作用力非常強，大到束縛一個夸克的能量可以轉換為新的夸克對的質量，強相互作用的這個性質稱為夸克禁閉。

強相互作用是唯一強度不會隨距離減小的作用力，但因為夸克禁閉，夸克會限制和其他夸克在一起，形成的強子之間會有殘留的強相互作用，也稱為核力，核力會隨距離而迅速減少。撞擊原子核釋放的部分束縛能和產(chǎn)生的核力有關，而核力也用在核能及核聚變式的核武器中。

強相互作用一般認為是由膠子傳遞的，膠子會在夸克、反夸克及其他膠子之間交換。膠子會帶有色荷，色荷和人眼可見的顏色完全沒有關系，色荷類似電荷，但色荷有六種（紅、綠、藍、反紅、反綠、反藍），因此會形成不同的力，有不同的規(guī)則，在量子色動力學（QCD）中有描述，這也是夸克-膠子相互作用的基礎。吳秀蘭等科學家對膠子發(fā)現(xiàn)有很大貢獻的科學家，在1995年因此獲得了歐洲物理學會髙能和粒子物理獎。

在大爆炸后，電弱時期時，弱電相互作用和強相互作用分離，統(tǒng)一弱相互作用和電磁相互作用的電弱統(tǒng)一理論已經(jīng)獲得實驗證實?？茖W家進一步預期有一個大統(tǒng)一理論可以統(tǒng)一弱電相互作用及強相互作用，現(xiàn)今有許多是大統(tǒng)一理論的理論，第一個是哈沃德·喬吉和謝爾登·格拉肖于1974年提出了最早的SU(5)大統(tǒng)一理論，但和實驗不合，其他的理論有SO(10)模型、喬吉-格拉肖模型，但還沒有一個是廣為科學家接受，且有實驗證實的理論，而且許多大統(tǒng)一理論都預言質子衰變，但目前也還沒有實驗支持，大統(tǒng)一理論也還是未解決的物理學問題之一。2

本詞條內容貢獻者為:

程鵬 - 副教授 - 西南大學