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夸克模型

在粒子物理学上,夸克模型(英语:Quark Model)是一种根据强子内价夸克种类的强子分类方案,而价夸克就是强子内的夸克和反夸克,它们是强子量子数的源头。夸克是“SU(3)味对称”或八重道的基础,这个分类方案成功将1950至60年代所发现的的大量较轻的强子妥当编组。它在1960年代后期得到了实验确认,至今仍是一套既正确又有效的分类法。夸克模型在1964年分别由默里盖尔曼和乔治茨威格独立提出(另见)。时至今日,夸克模型已被标准模型所吸收,并成为了它的一部分,标准模型指的是已确立的强相互作用和弱电相互作用的量子场论。

在粒子物理学上,夸克模型(英语:Quark Model)是一种根据强子内价夸克种类的强子分类方案,而价夸克就是强子内的夸克和反夸克,它们是强子量子数的源头。夸克是“SU(3)味对称”或八重道的基础,这个分类方案成功将1950至60年代所发现的的大量较轻的强子妥当编组。它在1960年代后期得到了实验确认,至今仍是一套既正确又有效的分类法。夸克模型在1964年分别由默里盖尔曼和乔治茨威格独立提出(另见)。时至今日,夸克模型已被标准模型所吸收,并成为了它的一部分,标准模型指的是已确立的强相互作用和弱电相互作用的量子场论。

强子并不“基本”,并可被视为“价夸克”及其反夸克的束缚态,而“价夸克”及其反夸克就是强子量子数的源头。这些量子数是识别强子的标签,可分为两种。一种从庞加莱对称

在新的实验技巧发现出许多粒子后,开发分类方案便成了一个及时的问题,因为不可能这么多粒子全都是基本粒子。这些发现使得沃尔夫冈泡利惊呼:“要是早知道会这样,我就从事植物学研究算了”,而恩里科费米则对学生利昂莱德曼说:“年轻人呀,如果我能记住所有粒子的名字,那么我就是植物学家了。”这些新的实验方案为实验物理学家们赢得了诺贝尔奖,当中包括在这些许多开发前端的路易斯阿尔瓦雷茨。用较少的构成物来把强子构建成束缚态就可以把手上的“动物园”妥当编组。之前的几个提案,例如恩里科费米和杨振宁的(1949年),还有坂田昌一的坂田模型(1956年),都能够让人满意地将介子分类,但却无法应付重子,因此并不能解释所有实验数据。

由默里盖尔曼和西岛和彦所提出的盖尔曼-西岛关系,使得盖尔曼发明了八重道的分类,当中还包括了尤瓦勒内埃曼于1961年的独立重要贡献。强子分为SU(3)表示多重态、八重态和十重态,由于强相互作用的关系,所以各态中的强子质量大致相同。盖尔曼-大久保质量公式将强子多重态中各粒子细小的质量差异定量,由SU(3)的明显对称性破缺所控制。

盖尔曼和独立的乔治茨威格最终在1964年辨识出八重道所隐藏的。他们假定了基本费米子构成物的存在,它当时尚未被观测到,可能以后都不会看到它的自由形态,而它用一种既经济又紧密的方式优雅地了编写了八重道的基础,使强子分类变得更加简单。当时强子的质量差异被视为是组夸克质量的结果。

人类在此之后还花了十年才对这些夸克意想不到的性质和物理现实(见夸克)更加地了解。它们违反直觉地永远不能被分开观测(夸克禁闭),但它们一直与其他夸克结合来形成整套强子,然后向外界提供大量关于被囚夸克本身的信息。相反地,夸克在量子色动力学中扮演着定义的角色,量子色动力学是负责完全描述强相互作用的理论;而八重道现在则被理解成由最轻的三种夸克味对称结构的结果。 [1]

虽然夸克模型可由量子色动力学理论中推导出来,但是强子的结构却比模型所能容许的要复杂得多。所有强子的完全量子力学波函数必须包括虚夸克对和虚胶子对,同时亦要容许多种混合。可能有强子位处夸克模型之外。这样的粒子包括胶球(只含有价胶子)、混合粒子(含有价胶子和夸克)和“奇异强子”(包括四夸克态和五夸克态)。 [2]

次原子粒子

强子、介子、重子和夸克

奇异强子:奇异重子

量子色动力学和味 (粒子物理学)


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