夸克與強交互作用

色荷(color charge)

電荷只有一種類型、兩個符號——正和負,異號相吸。強交互作用需要更豐富的東西,於是夸克帶有第二種、更精巧的電荷,物理學家俏皮地把它命名為「色」。它和你看到的顏色毫無關係——它只是一個好記的標籤,用來描述一種有三個種類的性質,戲稱為紅、綠、藍。

這個命名抓住了一個巧妙之處。正如紅、綠、藍三色光合起來成為白光,三種顏色各一個的夸克可以合成一個無色(即「白色」)的束——而質子或中子恰恰就是這樣:三個夸克,每種顏色一個,加起來淨色為零。一個夸克也可以和帶有相配反色的反夸克配對而相消,這正是介子。大自然似乎堅持:凡是我們真正能單獨分離出來的東西,整體上必須是無色的;孤立的帶色物體是被禁止的。

色之於強交互作用,就如同電荷之於電磁。帶色的粒子感受強交互作用;不帶色的粒子(比如電子)則不感受。三種顏色背後的數學是一種叫做 SU(3) 的對稱性,在它之上建立力的理論,就得到量子色動力學——字面意思就是「色(chromo)動力學」。強交互作用的全部豐富行為,包括夸克為何永遠無法被拆開,都源自這種三路的色荷。

質子是「白色」的:一個紅、一個綠、一個藍夸克。介子也是「白色」的:一個帶色的夸克加上一個帶相配反色的反夸克(比如紅 + 反紅)。

只有無色的組合才能以自由粒子存在——三色相加成白,或一種顏色與其反色相抵。

「色」純粹是個名字。紅夸克並不是紅色的;你完全可以把三種荷改名為 1、2、3 而毫無損失。可見光的類比只是助記手段,不是物理本身——別按字面理解。

又稱
colorcolor quantum number色荷颜色荷顏色荷