[科普中國(guó)]-夸克模型

在粒子物理學(xué)上，夸克模型（英語(yǔ)：Quark Model）是一種根據(jù)強(qiáng)子內(nèi)價(jià)夸克種類的強(qiáng)子分類方案，而價(jià)夸克就是強(qiáng)子內(nèi)的夸克和反夸克，它們是強(qiáng)子量子數(shù)的源頭?？淇耸恰癝U(3)味對(duì)稱”或八重道的基礎(chǔ)，這個(gè)分類方案成功將1950至60年代所發(fā)現(xiàn)的的大量較輕的強(qiáng)子妥當(dāng)編組。它在1960年代后期得到了實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，至今仍是一套既正確又有效的分類法?？淇四Ｐ驮?964年分別由默里·蓋爾曼和喬治·茨威格獨(dú)立提出（另見(jiàn)）。時(shí)至今日，夸克模型已被標(biāo)準(zhǔn)模型所吸收，并成為了它的一部分，標(biāo)準(zhǔn)模型指的是已確立的強(qiáng)相互作用和弱電相互作用的量子場(chǎng)論。

簡(jiǎn)介在粒子物理學(xué)上，夸克模型（英語(yǔ)：Quark Model）是一種根據(jù)強(qiáng)子內(nèi)價(jià)夸克種類的強(qiáng)子分類方案，而價(jià)夸克就是強(qiáng)子內(nèi)的夸克和反夸克，它們是強(qiáng)子量子數(shù)的源頭。夸克是“SU(3)味對(duì)稱”或八重道的基礎(chǔ)，這個(gè)分類方案成功將1950至60年代所發(fā)現(xiàn)的的大量較輕的強(qiáng)子妥當(dāng)編組。它在1960年代后期得到了實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，至今仍是一套既正確又有效的分類法?？淇四Ｐ驮?964年分別由默里·蓋爾曼和喬治·茨威格獨(dú)立提出（另見(jiàn)）。時(shí)至今日，夸克模型已被標(biāo)準(zhǔn)模型所吸收，并成為了它的一部分，標(biāo)準(zhǔn)模型指的是已確立的強(qiáng)相互作用和弱電相互作用的量子場(chǎng)論。

強(qiáng)子并不“基本”，并可被視為“價(jià)夸克”及其反夸克的束縛態(tài)，而“價(jià)夸克”及其反夸克就是強(qiáng)子量子數(shù)的源頭。這些量子數(shù)是識(shí)別強(qiáng)子的標(biāo)簽，可分為兩種。一種從龐加萊對(duì)稱而來(lái)，其中J、P和C分別代表總角動(dòng)量、宇稱和電荷共軛對(duì)稱。1

歷史在新的實(shí)驗(yàn)技巧發(fā)現(xiàn)出許多粒子后，開(kāi)發(fā)分類方案便成了一個(gè)及時(shí)的問(wèn)題，因?yàn)椴豢赡苓@么多粒子全都是基本粒子。這些發(fā)現(xiàn)使得沃爾夫?qū)づ堇@呼：“要是早知道會(huì)這樣，我就從事植物學(xué)研究算了”，而恩里科·費(fèi)米則對(duì)學(xué)生利昂·萊德曼說(shuō)：“年輕人呀，如果我能記住所有粒子的名字，那么我就是植物學(xué)家了?！边@些新的實(shí)驗(yàn)方案為實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們贏得了諾貝爾獎(jiǎng)，當(dāng)中包括在這些許多開(kāi)發(fā)前端的路易斯·阿爾瓦雷茨。用較少的構(gòu)成物來(lái)把強(qiáng)子構(gòu)建成束縛態(tài)就可以把手上的“動(dòng)物園”妥當(dāng)編組。之前的幾個(gè)提案，例如恩里科·費(fèi)米和楊振寧的（1949年），還有坂田昌一的坂田模型（1956年），都能夠讓人滿意地將介子分類，但卻無(wú)法應(yīng)付重子，因此并不能解釋所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

由默里·蓋爾曼和西島和彥所提出的蓋爾曼-西島關(guān)系，使得蓋爾曼發(fā)明了八重道的分類，當(dāng)中還包括了尤瓦勒·內(nèi)埃曼于1961年的獨(dú)立重要貢獻(xiàn)。強(qiáng)子分為SU(3)表示多重態(tài)、八重態(tài)和十重態(tài)，由于強(qiáng)相互作用的關(guān)系，所以各態(tài)中的強(qiáng)子質(zhì)量大致相同。蓋爾曼-大久保質(zhì)量公式將強(qiáng)子多重態(tài)中各粒子細(xì)小的質(zhì)量差異定量，由SU(3)的明顯對(duì)稱性破缺所控制。

蓋爾曼和獨(dú)立的喬治·茨威格最終在1964年辨識(shí)出八重道所隱藏的。他們假定了基本費(fèi)米子構(gòu)成物的存在，它當(dāng)時(shí)尚未被觀測(cè)到，可能以后都不會(huì)看到它的自由形態(tài)，而它用一種既經(jīng)濟(jì)又緊密的方式優(yōu)雅地了編寫(xiě)了八重道的基礎(chǔ)，使強(qiáng)子分類變得更加簡(jiǎn)單。當(dāng)時(shí)強(qiáng)子的質(zhì)量差異被視為是組夸克質(zhì)量的結(jié)果。

人類在此之后還花了十年才對(duì)這些夸克意想不到的性質(zhì)——和物理現(xiàn)實(shí)（見(jiàn)夸克）——更加地了解。它們違反直覺(jué)地永遠(yuǎn)不能被分開(kāi)觀測(cè)（夸克禁閉），但它們一直與其他夸克結(jié)合來(lái)形成整套強(qiáng)子，然后向外界提供大量關(guān)于被囚夸克本身的信息。相反地，夸克在量子色動(dòng)力學(xué)中扮演著定義的角色，量子色動(dòng)力學(xué)是負(fù)責(zé)完全描述強(qiáng)相互作用的理論；而八重道現(xiàn)在則被理解成由最輕的三種夸克味對(duì)稱結(jié)構(gòu)的結(jié)果。1

夸克模型以外的態(tài)雖然夸克模型可由量子色動(dòng)力學(xué)理論中推導(dǎo)出來(lái)，但是強(qiáng)子的結(jié)構(gòu)卻比模型所能容許的要復(fù)雜得多。所有強(qiáng)子的完全量子力學(xué)波函數(shù)必須包括虛夸克對(duì)和虛膠子對(duì)，同時(shí)亦要容許多種混合。可能有強(qiáng)子位處夸克模型之外。這樣的粒子包括膠球（只含有價(jià)膠子）、混合粒子（含有價(jià)膠子和夸克）和“奇異強(qiáng)子”（包括四夸克態(tài)和五夸克態(tài)）。2

另見(jiàn)次原子粒子

強(qiáng)子、介子、重子和夸克

奇異強(qiáng)子：奇異重子

量子色動(dòng)力學(xué)和味 (粒子物理學(xué))

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

程鵬 - 副教授 - 西南大學(xué)