夸克與強交互作用
膠子(gluon)
/ GLOO-on /
自然界的力由來回傳遞的信使粒子來傳遞,就像兩個溜冰的人靠拋接一個球來彼此影響。電磁由光子傳遞。強交互作用——把夸克束縛在質子和中子內部的那種力——由一種叫膠子的粒子傳遞,因為它像膠水一樣起作用而得名。它是已知最強大的力的載體。
膠子和光子一樣是無質量的,以光速行進,但在一個關鍵之處更為奇特。光子不帶電荷,所以光束彼此徑直穿過。膠子則相反:它本身帶有色荷——同時帶一份色和一份反色。所以膠子不僅束縛夸克,還彼此束縛。當一個夸克發射或吸收一個膠子時,夸克的顏色會改變,而膠子把那份顏色帶走,使帳目保持平衡。膠子總共有八種不同的類型。
由於膠子彼此作用,強交互作用表現出一種其他任何力都沒有的方式:它不像重力或電磁那樣隨距離減弱。設想兩個夸克之間的膠子聚攏成一根繃緊的管子或弦;把夸克拉開,這根弦只會儲存越來越多的能量,絕不鬆手。膠子的這種「自黏性」是禁閉的根源,是質子質量大部分純屬強交互作用能量的原因,也是高能碰撞中那一束束粒子(稱為噴注)的根源。
一個紅夸克可以通過發射一個「紅—反藍」膠子而變成藍;膠子把顏色的變化帶走,使總色得到守恆。
膠子帶色,因此它們在夸克之間穿梭傳遞強交互作用時,會改變夸克的顏色。
粗看三種色與三種反色似乎給出九種膠子,但有一種無色的組合被排除掉了,剩下八種。這個數目不是猜的——它由 QCD 的 SU(3) 對稱性推出,並由膠子產生的頻率所證實。
又稱
另見