夸克禁閉

大自然把它的夸克封鎖得如此徹底，以致於在整個實驗史上，從沒有人偵測到單獨一個孤立的自由夸克。任你把粒子撞得多猛，出來的只有完整的強子——質子、π介子、成束的它們——而絕不會是一個帶著分數電荷的孤零夸克。這種永久的囚禁稱為夸克禁閉，是基本力中最奇怪、也最未被完全理解的特徵之一。

禁閉這個陳述是說：帶色荷的物體——夸克與膠子——無法以自由、孤立的粒子存在；只有色中性的組合能自由傳播。它的機制是量子色動力學中漸近自由的另一面。不像兩電荷之間的電場那樣散開並以距離平方分之一變弱，夸克與反夸克之間的色場塌縮成一條窄窄的通量管，張力近乎定值，約每費米 1 GeV（大約 16 噸的力）。把夸克拉開，管中儲存的能量隨間距線性增長，於是位能無上限地上升，在大 r 時 V(r) 約為 sigma r。遠在你能孤立一個夸克之前，那份能量就已超過產生一對新夸克-反夸克所需的質量，管子斷裂，你手上剩下的是兩個強子，而非兩個自由夸克。

這正是為什麼高能夸克以噴流現身：被撞的夸克試圖飛離，不斷增長的色場一再斷裂成新的對，結果是一束準直的強子噴灑，而非一個裸夸克。兩點誠實的提醒。第一，禁閉作用於低能量；在極高能量或密度下，漸近自由接手，夸克與膠子在夸克-膠子電漿中漫遊，這在重離子碰撞中曾短暫重現。第二，禁閉從未由 QCD 嚴格導出——以解析方式確立它、連同質量間隙的存在，是克雷千禧年大獎難題之一，所以它立足於壓倒性的證據，而非證明。