強子與夸克模型

夸克模型(quark model)

到 1960 年代初,粒子物理一團亂麻。加速器製造出了一大群令人眼花撩亂的新粒子——幾十種,卻沒有明顯理由說明為什麼是這些而不是別的存在。它看起來不像一套整潔的理論,倒更像一座動物園。夸克模型正是斬斷這片混亂的那個想法:所有那些粒子,不過是少數幾個更簡單部件的不同組合。

夸克模型說,強子並不基本。每個強子都按兩條簡單規則由夸克構成:三個夸克組成一個重子,一個夸克加一個反夸克組成一個介子。一旦你接受這一點,幾乎一切都各就各位。強子的電荷是其夸克分數電荷之和。它的自旋是夸克自旋的組合。它屬於哪個相似粒子家族,取決於你換入哪些夸克味。門得列夫的週期表整理了元素;夸克模型對強子做了同樣的事。

這個模型由蓋爾曼和茨威格於 1964 年各自獨立提出,起初只是一種記帳技巧——許多人懷疑夸克只是數學上的便利,而非真實物體。實驗很快證明並非如此:把電子深深打進質子,揭示出內部有硬硬的、點狀的小塊,恰如模型所要求的。如今人們明白,簡單的夸克模型是強交互作用完整理論——量子色動力學——的低能面貌。

由三個輕夸克(上、下、奇),該模型搭建出一組整齊的八個二分之一自旋重子,包括質子、中子和 Λ 粒子——這個圖案叫做八重法。

夸克模型把一份混亂的粒子清單,變成由夸克內容決定的有序家族。

「三個夸克或夸克加反夸克」這一簡單圖像,對普通強子極為好用,但並非全貌:大自然也允許更罕見的組合,比如四夸克和五夸克的奇異強子,完整理論允許它們存在。

又稱
quark model of hadrons夸克模型