強子
/ HAD-ron /
你永遠握不住一個裸露的夸克,卻能握住一個強子——事實上你就是由它們構成的。強子是任何由夸克藉強力束縛在一起而構成的粒子。每個原子核中的質子與中子都是強子;從粒子碰撞中噴出的短命π介子與 K 介子也是。這個名字源自希臘文的「厚」或「壯」,反映出這些是重的、強交互作用的粒子,與完全無視強力的輕輕子相對。
強子是夸克與膠子的色中性束縛態。兩個經典家族是重子,由三個夸克組成(如質子 uud 與中子 udd),以及介子,由一個夸克與一個反夸克組成(如π介子)。由於一個重子含三個半整數自旋的夸克,其總自旋為半整數,使重子成為費米子;而介子的夸克-反夸克對給出整數總自旋,使介子成為玻色子。每個強子整體都必須是色中性的,因為強力禁閉色:一個重子的三種色組合成「白色」,而一個介子則把一種色與它的反色配對。這個詞適用於整個動物園——Delta 重子、rho 與 omega 介子,以及含魅夸克與底夸克的較重態。
數十年間,重子與介子是唯一已知的類型,但作為理論的 QCD 並不禁止其他色中性組合,如今實驗已確認了奇異強子——四夸克態(tetraquark)與五夸克態(pentaquark)——最早在 LHCb 實驗中被清楚看見。一個微妙卻重要的點:一個強子的質量絕大部分是被禁閉的膠子場的能量與夸克的動能,而非夸克本身的靜質量,所以強子是質量乃能量一種形式的戲劇性演示。
質子(一個重子,uud)與 π+(一個介子,一個上夸克與一個下反夸克)都是強子,但質子是能建造穩定物質的費米子,而π介子是在百分之一微秒內就衰變的玻色子。
重子與介子都是強子,區別在於它們握的是三個夸克、還是一個夸克-反夸克對。
原子核裡並非樣樣都是強子:環繞它的電子、以及它 β 衰變放出的微中子都是輕子,它們不帶色,永遠不會靠強力束縛。