夸克与强相互作用
渐近自由(asymptotic freedom)
我们所知的几乎每一种力,都会随着物体分开而变弱:把两块磁铁靠近,它们会啪地吸到一起;把它们拉开,吸力就减弱。强相互作用却做了一件惊人的、反过来的事。在质子内部,当两个夸克挤得非常近时,它们之间的力很微弱,几乎可以自由游荡。试图把它们拉开,力反而增大。这种短程上近乎自由的状态,叫做渐近自由。
更确切地说,强相互作用的强度取决于你探测它时离得多近。在极短的距离上——等价地说,在极高的能量下——耦合的有效强度会缩向零,于是夸克的行为几乎就像自由、不受束缚的粒子。在日常的、较大的距离上,耦合变得很强,这正是夸克被禁闭、永远无法逃脱的原因。这一行为与电磁恰好相反:电磁是远处弱、只在近处才要紧。
渐近自由正是 QCD 在高能区间根本可以计算的原因:因为耦合在那里变小,物理学家便能用普通的近似方法来预言剧烈碰撞的结果,而这些预言与实验吻合得极好。这一发现由格罗斯、维尔切克和波利策于 1973 年作出,终于解释了为何深入质子的探测会看到夸克表现得像松散、近乎自由的颗粒——并为他们赢得了 2004 年诺贝尔物理学奖。关键在于:它之所以成立,全靠胶子彼此作用;一种没有这种自相互作用的普通力,绝不会有这样的行为。
在深度非弹性散射中,把一个电子足够猛地打进质子,它从夸克上弹开时就像夸克几乎是自由的一样——这是渐近自由的直接证据。
把质子探得足够猛,它的夸克便表现得近乎自由——这是渐近自由的标志。
这里的「自由」只是相对的,而且只在短程上成立。夸克从来不是你能提取出来的真正自由粒子——渐近自由和禁闭是同一个「跑动耦合」的两副面孔。
又称
另见