对称性与守恒定律
味量子数(flavor quantum numbers)
粒子身上挂着一套永久的标号——一个个小标签,说明它是什么,而自然在反应中会盯着这些标签。有些标签你已经见过:电荷、重子数、轻子数。味量子数是这类标签的又一个家族,较重的每一种夸克各对应一个,用来记一个粒子里含有多少个该种夸克。
夸克有六种,称为味:上、下、奇、粲、底、顶。对较重的四种(奇、粲、底、顶),物理学家各指派一个量子数——奇异数、粲数、底数和顶数——它就是数一个粒子里含有多少个该种夸克、再减去对应的反夸克。一个含有一个粲夸克的粒子粲数为 +1;它的反粒子粲数为 -1;一个不含粲夸克的粒子粲数为 0。关键规则和我们在奇异数那里见到的一样:强相互作用和电磁力严格守恒每一个味数,因为它们从不把一种夸克味变成另一种。只有弱相互作用能改变味,比如把一个粲夸克变成一个奇夸克。
这些标号是强子物理中日常的记账工具。它们一眼就告诉你一个反应能否走快速的强相互作用(味相平衡),还是必须等候缓慢的弱相互作用(必须改变某个味),这又决定了一个粒子能活多久。每出现一种新夸克,这套模式就重演一次:奇异数在二十世纪五十年代最先被发现,粲数在 1974 年随 J/ψ 粒子的发现得到证实,底和顶随后跟上。每一个新的味量子数都标志着一层新物质的发现。
D 介子含有一个粲夸克,所以它粲数为 +1。强相互作用无法使它衰变,因为那需要消灭那个孤立的粲夸克、改变味。只有弱相互作用才能做到,把粲夸克变成奇夸克或下夸克——这正是 D 介子活得足够久、能留下一段可测径迹的原因。
带粲的粒子只能通过改变味的弱相互作用衰变。
味量子数被强相互作用和电磁力守恒,却被弱相互作用经常性地破坏;这正是重夸克粒子之所以会衰变的原因。顶夸克太重,以至于还来不及结合成强子就衰变了,所以它没有属于自己的、成型的强子谱。
又称
另见