夸克與強交互作用
夸克的味與質量(quark flavors and masses)
大自然並沒有止步於兩種夸克。一共有六種,物理學家把這些種類叫做「味」——這是個俏皮的說法,和味覺毫無關係。它們的名字是上、下、粲、奇、頂、底。只有上和下構成普通物質;另外四種是更重的「表親」,只在高能碰撞中短暫現身,隨後在極小的一瞬間衰變消失。
六種夸克彼此最大的不同主要在質量,而差距大得驚人。上夸克和下夸克輕如鴻毛。奇夸克更重,粲夸克更重,底夸克又更重,而頂夸克則是真正的巨人——重得幾乎相當於一整個鎢原子,儘管它只是一個點狀的單粒子。這六種自然分成三對,即三「代」:(上、下)、(粲、奇)、(頂、底),每一代都比上一代更重。大自然為何要把自己重複三遍、質量為何橫跨如此巨大的範圍,是物理學最大的未解之謎之一。
這些質量根本不是由強交互作用決定的——它們來自每種夸克與希格斯場耦合的強弱。頂夸克之所以那麼重,正是因為它的耦合在所有粒子中最強。較重的味在實踐中之所以重要,是因為產生它們需要很多能量,所以它們是高能物理的路標:在碰撞中發現粲、底或頂夸克,就告訴實驗者他們已經達到了讓這些味「活過來」的能量。
大致質量:上約 2 MeV,下約 5 MeV,奇約 95 MeV,粲約 1.3 GeV,底約 4.2 GeV,頂約 173 GeV——從最輕到最重相差約 8 萬倍。
六種夸克的質量,以能量單位表示(質量與能量通過 E = mc² 可互換)。
這裡引用的輕夸克質量是「流」質量(理論中的裸參數)。它們遠小於夸克在質子內部表現出來的有效「組分」質量,因為後者大部分是強交互作用的能量,而非夸克自身的質量。
又稱
另見