夸克之下有小的粒子嗎（關於物理界的小個子）

2023-06-07 20:11:50

人類在微觀世界的進步是有目共睹的，從分子，原子，再到原子核，電子，夸克，人類無時無刻不在探索者微觀世界的極限，即使他們知道這個極限似乎沒有極限。今天我們來說是目前人類發現的瓶頸，也就是物理界的「小不點」----夸克！

夸克是一種參與強相互作用的基本粒子，也是構成物質的基本單元，它是一種不僅看不見，而且幾乎無法測量的粒子。這些微小的粒子是亞原子粒子強子的基礎。在粒子物理的標準模型中，夸克是唯一一種能經受全部四種基本相互作用力的基本粒子，這四種基本相互作用力分別是電磁力、引力、強相互作用力及弱相互作用力。而且夸克也是現在已知唯一一種基本電荷為非整數的粒子。但是對於夸克，你真的了解嗎？今天，我們來聊聊夸克的五大真相，也是事實！

夸克其實有六種「味」

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我們知道夸克是構成物質的基本單元，至少到目前為止是這樣的。但是其實夸克有六種類型，科學家親切地稱它們為「味」。這六種不同的「味」分別是上（u）、下（d）、奇（s）、粲（c）、底（b）及頂（t），這六者最大的區別在於它們的質量，六者中，上下夸克的質量是最低的，因為它們一般是由較重的夸克經過粒子衰變而成的，因此它們質量最低也最常見，同時也最穩定。另外四個就不一樣了，它們只能由高能粒子的碰撞產生並很快衰變，比如宇宙射線及粒子加速器等，並且它們之間也會相互轉換，但是只能通過通過弱相互作用轉換。

第一個夸克與它的反粒子其實就出現在宇宙大爆炸之後不久

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我們知道宇宙的年齡大約是137億年，也就是宇宙大爆炸之後。但是就在宇宙形成後約10^ - 12秒，第一個夸克就出現了，同時它的反粒子也隨之出現了！其實夸克的每一種味都有一種對應的反粒子，叫反夸克，常見的反夸克包括反上夸克、反下夸克、反粲夸克、反奇夸克、反頂夸克與反底夸克六種。它們跟正夸克的不同之處只在於它的一些特性跟夸克大小一樣但符號不同，簡單來說就是絕對值相同，自旋相反（夸克1/2自旋）。

難以甚至無法測量

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來自喬治亞州立大學的一項研究指出，夸克無法測量，因為所需的能量會產生一種反物質當量(即反夸克)，然後才能被單獨觀察到。夸克的質量最好由一些技術來決定，比如使用超級計算機來模擬夸克和膠子之間的相互作用，膠子是把夸克粘合在一起的粒子。由於夸克不能夠直接被觀測到，或是被分離出來，只能夠在強子裡面找到。基於這個原因，我們對夸克的所知大都是間接的來自對強子的觀測。

夸克首次在原子加速器中被證明

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1967年至1973年期間，科學家利用當時最先進的二公裡電子直線加速器----斯坦福線性加速器，就電子對質子和中子的深度非彈性散射方面做了一系列開創性的實驗，斯坦福直線加速器中心所做的實驗就像盧瑟福由於大量α粒子的大角度散射現象的觀察，預言原子中有核存在一樣，斯坦福直線加速器中心發現了前所未有的大量電子的大角度散射現象，證實核子結構中有點狀組分，換句話說，夸克被證明了！

夸克的名字來源於小說

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夸克為什麼叫夸克（quark）呢？其實夸克的名字有個很有意思的來源，夸克一詞是美國物理學家蓋爾曼取自詹姆斯·喬伊斯的小說《芬尼根的守靈夜》的詞句「向麥克老人三呼夸克（Three quarks for Muster Mark）」中一個詞「quark」。其實這和他的研究或許有所關係，因為蓋爾曼發現了質子和中子是由三個夸克組成的，並因此獲得了諾貝爾物理學獎。不過也有人認為蓋爾曼是出於對鳥類的喜愛而起了這個名字，因為quark在這本書中蘊含多種意思，包括鳥類等等，因此夸克的名字也算是蓋爾曼的點睛之筆了！