夸克與強交互作用
漸近自由(asymptotic freedom)
我們所知的幾乎每一種力,都會隨著物體分開而變弱:把兩塊磁鐵靠近,它們會啪地吸到一起;把它們拉開,吸力就減弱。強交互作用卻做了一件驚人的、反過來的事。在質子內部,當兩個夸克擠得非常近時,它們之間的力很微弱,幾乎可以自由游蕩。試圖把它們拉開,力反而增大。這種短程上近乎自由的狀態,叫做漸近自由。
更確切地說,強交互作用的強度取決於你探測它時離得多近。在極短的距離上——等價地說,在極高的能量下——耦合的有效強度會縮向零,於是夸克的行為幾乎就像自由、不受束縛的粒子。在日常的、較大的距離上,耦合變得很強,這正是夸克被禁閉、永遠無法逃脫的原因。這一行為與電磁恰好相反:電磁是遠處弱、只在近處才要緊。
漸近自由正是 QCD 在高能區間根本可以計算的原因:因為耦合在那裡變小,物理學家便能用普通的近似方法來預言劇烈碰撞的結果,而這些預言與實驗吻合得極好。這一發現由格羅斯、維爾切克和波利策於 1973 年作出,終於解釋了為何深入質子的探測會看到夸克表現得像鬆散、近乎自由的顆粒——並為他們贏得了 2004 年諾貝爾物理學獎。關鍵在於:它之所以成立,全靠膠子彼此作用;一種沒有這種自交互作用的普通力,絕不會有這樣的行為。
在深度非彈性散射中,把一個電子足夠猛地打進質子,它從夸克上彈開時就像夸克幾乎是自由的一樣——這是漸近自由的直接證據。
把質子探得足夠猛,它的夸克便表現得近乎自由——這是漸近自由的標誌。
這裡的「自由」只是相對的,而且只在短程上成立。夸克從來不是你能提取出來的真正自由粒子——漸近自由和禁閉是同一個「跑動耦合」的兩副面孔。
又稱
另見