強子與夸克模型
強子多重態(hadron multiplet)
當你把已知的強子按性質分類,它們並不會雜亂散落。它們落入整齊的群組——一群質量幾乎相同、行為幾乎一樣、主要在電荷上有差別的粒子。質子和中子就是這樣一對;三個 π 介子是這樣一組三個。每一個這種整齊的群組,叫做一個多重態。
多重態是強交互作用幾乎一視同仁的一族強子。原因在於對稱性。由於上夸克和下夸克質量如此接近,強交互作用幾乎不在乎哪個是哪個,所以把上換成下幾乎不改變任何事——這個近似對稱性叫做同位旋,它把質子和中子歸為一組,把三個 π 介子歸到一起。引入奇夸克,就把這一點擴展成一個更大的對稱性,把強子排成八個或十個成員的更大圖案,當你以電荷對奇異數作圖時,往往畫成優雅的六邊形和三角形。
這些圖案正是揭示夸克模型的突破。1961 年,蓋爾曼和內埃曼注意到重子落入八個一組——八重法——而某個十個一組的圖案缺了一個角。模型預言了一個新粒子,即 Ω⁻,具有確定的質量和性質,來填補那個空缺。它在 1964 年被發現,與預言分毫不差,這一勝利使多重態圖案從奇趣變成了「夸克是萬物之本」的證據。
最輕的二分之一自旋重子構成一個八重態(質子、中子、Λ、三個 Σ、兩個 Ξ);二分之三自旋的重子構成一個十重態,其缺失的第十個成員,就是被預言的 Ω⁻。
強子聚成由其夸克內容決定的對稱圖案——八重態與十重態。
這些對稱性只是近似的。倘若上、下、奇夸克質量完全相同,它們就會是精確的;正因為並非如此,同一多重態的成員質量明顯不同,而不是彼此完美的複製品。
又稱
另見