夸克与强相互作用

夸克的味与质量(quark flavors and masses)

大自然并没有止步于两种夸克。一共有六种,物理学家把这些种类叫做「味」——这是个俏皮的说法,和味觉毫无关系。它们的名字是上、下、粲、奇、顶、底。只有上和下构成普通物质;另外四种是更重的「表亲」,只在高能碰撞中短暂现身,随后在极小的一瞬间衰变消失。

六种夸克彼此最大的不同主要在质量,而差距大得惊人。上夸克和下夸克轻如鸿毛。奇夸克更重,粲夸克更重,底夸克又更重,而顶夸克则是真正的巨人——重得几乎相当于一整个钨原子,尽管它只是一个点状的单粒子。这六种自然分成三对,即三「代」:(上、下)、(粲、奇)、(顶、底),每一代都比上一代更重。大自然为何要把自己重复三遍、质量为何横跨如此巨大的范围,是物理学最大的未解之谜之一。

这些质量根本不是由强相互作用决定的——它们来自每种夸克与希格斯场耦合的强弱。顶夸克之所以那么重,正是因为它的耦合在所有粒子中最强。较重的味在实践中之所以重要,是因为产生它们需要很多能量,所以它们是高能物理的路标:在碰撞中发现粲、底或顶夸克,就告诉实验者他们已经达到了让这些味「活过来」的能量。

大致质量:上约 2 MeV,下约 5 MeV,奇约 95 MeV,粲约 1.3 GeV,底约 4.2 GeV,顶约 173 GeV——从最轻到最重相差约 8 万倍。

六种夸克的质量,以能量单位表示(质量与能量通过 E = mc² 可互换)。

这里引用的轻夸克质量是「流」质量(理论中的裸参数)。它们远小于夸克在质子内部表现出来的有效「组分」质量,因为后者大部分是强相互作用的能量,而非夸克自身的质量。

又称
six quark flavorsquark generations夸克味夸克質量