强子与夸克模型

质子与中子(核子)

/ NOO-klee-on /

每个原子都有一个微小而致密的核心——原子核——而这个核心只由两类粒子构成:质子和中子。因为它们是原子核的构件,二者合称核子。质子的数目决定你拿到的是哪种化学元素;中子则增添质量,并帮助把原子核束缚在一起。你能触摸到的一切,其质量本质上几乎全都是核子的质量。

二者都是由三个夸克组成的重子。质子是两个上夸克加一个下夸克(uud),电荷为 +1;中子是一个上夸克加两个下夸克(udd),电荷恰好为 0。它们质量几乎相同——中子只重那么一丝——而且各自带二分之一自旋。这一丁点质量差异却关系重大:它使一个孤立的中子能在大约十五分钟内衰变成一个质子(外加一个电子和一个反中微子),而一个自由的质子,由于没有更轻的重子可以变成,看起来完全稳定。

核子是粒子物理与日常世界之间的桥梁。它们被剩余强相互作用束缚在原子核内,构成了普通物质质量的 99.9% 以上。而这质量里几乎没有一点是夸克本身的质量——它是每个核子内部沸腾翻滚的强相互作用的能量。质子也是实验的主力:让质子彼此对撞,正是大型强子对撞机搜寻新物理的方式。

一个自由中子会衰变:n -> p + 电子 + 反中微子,半衰期约十分钟。而自由质子从未被观测到衰变。

两个核子都是三夸克重子;它们微小的质量差异使中子衰变、质子稳定。

中子在大多数原子核内是稳定的,单独自由时却不稳定——原子核的束缚能可以抵消那个本来会让中子衰变的能量优势。所以「中子会衰变」只对自由的或束缚很松的中子成立。

又称
nucleonnucleons核子质子中子質子