強子與夸克模型

K 介子(kaon)

/ KAY-on /

1940 年代末,物理學家最初研究宇宙線時,不斷發現一些行為古怪的粒子:它們很容易被產生,卻在衰變前活得比預期長得多。這種行為如此令人費解,於是這種新性質乾脆被命名為「奇異性」。攜帶它的粒子之中,就有一種如今稱為 K 介子的介子。

K 介子是恰好含有一個奇夸克(或一個反奇夸克)的介子。正 K 介子是一個上夸克束縛一個反奇夸克;此外還有負 K 介子和兩個中性 K 介子。奇夸克使 K 介子帶有 +1 或 −1 的奇異數,這個標籤強交互作用守恆、弱交互作用卻不守恆。正是這種不一致,使 K 介子由強交互作用成對產生,卻只能透過弱交互作用緩慢衰變——這就是「奇異」一詞的本義。

中性 K 介子是整個物理學中最重要的粒子之一。一個中性 K 介子和它的反粒子能悄悄地互相轉化,對它們的觀測在 1964 年導致了 CP 破壞的發現——即自然定律對物質相比反物質有一絲偏愛。這種偏愛是宇宙學最重大的未解問題之一的線索:為什麼宇宙由物質構成,而不是物質與反物質各占一半。

正 K 介子 = 上 + 反奇,奇異數為 +1。它由強交互作用與另一個奇異粒子一起產生,隨後透過弱交互作用緩慢衰變。

K 介子攜帶一個單位的奇異性;它緩慢的衰變和物質-反物質混合,使它成為通往 CP 破壞的鑰匙。

奇異性並不是什麼奇異的物質;它只是奇夸克的計數。它之所以一度顯得神秘,僅僅是因為強交互作用讓它保持不變,而弱交互作用可以隨意改變它。

又稱
K mesonkaonsK 介子