[科普中國]-上夸克

所有的中子都是由三個夸克組成的，反中子則是由三個相應(yīng)的反夸克組成的，比如質(zhì)子，中子。質(zhì)子由兩個上夸克和一個下夸克組成，中子是由兩個下夸克和一個上夸克組成。至1967年，科學(xué)家透過SLAC直線加速器進(jìn)行的深度非彈性散射實(shí)驗(yàn)，首度為這種夸克的存在提供了證據(jù)。

歷史在粒子物理學(xué)的發(fā)展初期（20世紀(jì)前半），質(zhì)子、中子、Π介子等等強(qiáng)子都被視為基本粒子?？墒?，隨著更多新強(qiáng)子被發(fā)現(xiàn)，粒子園也跟著擴(kuò)張，從1930年代與1940年代的幾種粒子擴(kuò)張至1950年代的幾十種粒子。可是，物理學(xué)者并不清楚它們彼此之間的關(guān)系。1961年，默里·蓋爾曼與瑜法爾·尼曼分別獨(dú)立地提出一種稱為八重道的分類系統(tǒng)，以數(shù)學(xué)術(shù)語來說，就是SU(3)味對稱性。

這種分類系統(tǒng)將各種強(qiáng)子組織成同位旋多重態(tài)，然而，它背后的物理理論并不明朗。1964年，蓋爾曼與喬治·茨威格分別獨(dú)立地提出夸克模型，其最初僅僅描述了上夸克、下夸克與奇夸克的物理行為可是，雖然夸克模型解釋了八重道，并沒有任何實(shí)驗(yàn)直接證實(shí)了夸克的存在。1968年，在斯坦福直線加速器中心，深度非彈性散射實(shí)驗(yàn)揭露，質(zhì)子擁有內(nèi)在結(jié)構(gòu)，質(zhì)子是由三個更為基礎(chǔ)的粒子組成，從而夸克模型被公認(rèn)為正確無誤。

最初，人們很不愿接受這事實(shí)，他們比較喜歡理查·費(fèi)曼的部分子模型。隨著時間流易，夸克理論漸漸被人們接受。1

研究背景上夸克的存在最先于1964年提出，當(dāng)時Gell-Mann及Zweig制成了夸克模型。至1967年，透過SLAC直線加速器進(jìn)行的深度非彈性散射實(shí)驗(yàn)，首度為這種夸克的存在提供了證據(jù)。1

組成結(jié)構(gòu)一個中子由兩個下夸克和一個上夸克構(gòu)成，根據(jù)粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型理論，上下夸克是構(gòu)成核子的基本元素，質(zhì)子擁有兩顆上夸克和一顆下夸克，而中子則有一顆上夸克和兩顆下夸克。上夸克（Up quark，簡稱u）是第一代夸克分類的一種。它擁有+(2/3)e的電荷，也是最輕的夸克，凈質(zhì)量介乎1.5到4 MeV之間。1

理化性質(zhì)事實(shí)上，一顆核子的質(zhì)量是以夸克間的膠子力主導(dǎo)，而非夸克本身的質(zhì)量。上夸克的自旋為1/2；同位旋為1/2；同位旋分量為1/2；超荷+1/3；奇異數(shù)、粲數(shù)、底數(shù)和頂數(shù)皆是0。2

質(zhì)量盡管上夸克極為常見，物理學(xué)者并不明確它的裸質(zhì)量，其數(shù)值大概是在1.8與3.0MeV/c2之間使用格點(diǎn)色動力學(xué)計(jì)算可以給出比較準(zhǔn)確的數(shù)值：2.01±0.14MeV/c2。

夸克的質(zhì)量不能夠做實(shí)驗(yàn)直接測量，因此是相當(dāng)難決定的數(shù)量。在介子或重子里，夸克的有效質(zhì)量會變得很大，這是源自于夸克與夸克之間的膠子場所造成的結(jié)合能，注意到狹義相對論允許能量與質(zhì)量之間的相互轉(zhuǎn)換。由于上夸克的裸質(zhì)量很小，它不能被直接計(jì)算出來。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

程鵬 - 副教授 - 西南大學(xué)