比夸克小100倍的東西（夸克丟進油鍋炸至金黃）

2023-08-13 22:54:47 1

#21天圖文打卡挑戰（第二期）#

從前，人們以為質子、中子等粒子就是「不可再分」的最基本粒子了，但現在我們知道，它們都由更基本的粒子——夸克組成，比如質子是由兩個上夸克一個下夸克組成的，中子是一個上夸克和兩個下夸克組成的。或許你知道夸克的存在，但你知道夸克還有「味」和「色」兩個獨特的性質嗎？

粒子結構

夸克的味

看到這個小標題，或許你會感到奇怪——夸克還有味道？那難不成電子也有味道？讓我品嘗一顆電子——別別別，電子那麼小，可沒辦法品嘗。夸克有六種味：上、下、奇、粲、頂、底六種。讓我們猜一猜，它們嘗起來是什麼感覺？將上夸克和下夸克焯水，放入油鍋炸至金黃，隔壁小孩都饞哭了！

油炸夸克

真的是這樣嗎？當然不是。夸克的「味」，簡單來說就是夸克的「種類」。夸克有六味，意思就是夸克有六種。為什麼不簡單的用「種」來描述，非要用「味」一詞來代指呢？

幾種基本粒子，包括六種夸克

據說，「味」一字是物理學家Murray Gell-Mann和Harald Fritzsch在一起吃冰淇淋時候想到的名詞。不同冰淇淋有不同的味道，不同的夸克也有不同的性質。比如上下夸克就有不同的同位旋，奇、粲、頂、底夸克有奇異數、粲數、頂數和底數，這些特徵量就被定義為「味量子數」，是強相互作用中的守恆量之一。所以說，「味」本身沒有意義，只是為了區別於一般粒子而創造出的專用於夸克的「種」的代名詞罷了、

夸克的色

偷偷告訴你，夸克是會發光的！會有紅色、綠色和藍色的光！什麼？有人提出疑問了，夸克怎麼能發光啊！的確，夸克不會發光，人類也觀察不到它的顏色。那夸克的「色」，指的又是什麼呢？

因為夸克的自旋性質，夸克被歸入一種叫做「費米子」的粒子大類裡面。所有的費米子都要遵循一個原則，叫泡利不相容原理。這個原理說的是，同一個體系內不能存在兩個狀態完全相同的費米子。在夸克發現之後，科學家發現，真的存在幾種情況，組成粒子的三個夸克狀態完全相同！這怎麼辦？難道夸克不是費米子？難道泡利不相容原理錯了？

於是，根據光的三原色，人們將夸克又分成了紅、綠、藍三色，稱為「色荷」。這樣，上述三個夸克的狀態就不完全相同了，泡利不相容原理又正確了。那為什麼質子、質子等等從未被提起過色荷的事情？因為在光學中，紅綠藍三色光混合在一起形成白光，所以三色夸克結合表現出來的就是「無色」，也就是說質子和中子等都是無色的，平時也就不需要提起了。

多色夸克示意圖

有趣的是，為夸克起「色」這個名字的，也是起「味」名字的物理學家Murray Gell-Mann，看來這位老先生很喜歡吃三色冰淇淋！

讀到這，你可能覺得「色」概念的引入完全是為了讓夸克強行滿足泡利原理，其實不然。色荷的存在也能解釋其他物理現象。類比於同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引產生電磁力，色荷之間的吸引和排斥表現為原子內部的強相互作用力。關於味和色研究還有很多很多，甚至形成了一門新的學科——量子色物理學。

總結

現在，你是否對量子物理中夸克的味和色有了新的了解呢？這裡的「味」和「色」是兩個完全不同於日常生活中的新概念，「味」是指夸克的種類，「色」是夸克的一種特性，味和色決定了一個夸克的性質。這也體現出了量子物理的神奇與瑰麗！