强子与夸克模型

强子谱学(hadron spectroscopy)

当化学家研究一个原子时,他们会绘出它能级阶梯的每一级——原子能占据的那一组精确的状态。强子谱学对强子做同样的事。它把某种夸克组合能稳定下来的每一个状态都编目记录:最轻的版本,以及所有更重的、激发的版本,连同它们仔细测得的质量、自旋和寿命。

关键的想法是:一个强子并不是单一的物体,而是一架相关状态的阶梯,正如一个原子。比如,质子的夸克内容(uud)也会产生一系列更重的、激发的表亲,叫做核子共振态,它们就是同样的三个夸克在更快地振动或自转,携带着更多的能量。每一个激发态在实验中表现为图上的一个峰:在某个特定能量上,碰撞突然变得更可能发生,因为一个真实却极其短命的粒子正被形成,随后又散开。

谱学是物理学家细致检验自己对强相互作用理解的方式。完整理论——量子色动力学——本应精确预言哪些状态存在、它们坐落在能级阶梯的何处,但它出了名地难解,所以这些预言越来越多地来自称为格点 QCD 的大规模计算机模拟。精确测量谱——并不时发现意外,比如一个不符合简单规律的奇特态——是理论接受现实检验的主要途径之一。

质子(uud)是核子的基态;Δ 共振态是同样夸克的较重激发态,在 π 介子-质子散射中表现为约 1.23 GeV 处的一个宽峰。

每一种夸克组合都有一整架状态阶梯;绘出这架阶梯,就是在检验强相互作用理论。

激发强子不是新种类的物质;它们是同样夸克的更高能量状态,几乎瞬间就通过衰变回更轻的强子而甩掉那份多余的能量。

又称
spectroscopy of hadronsexcited hadrons强子谱学強子譜學