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科学家正在寻找由“强互作用力”结合而成的“第三种”物质

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发表于 2019-12-3 02:30 | 显示全部楼层 |阅读模式


“强互作用力(强核力)”是一种非常锋利的根本作用力。它可以或许把宇宙中一些最小的粒子联合在一起。被强互作用力束缚在一起的粒子,构成了我们这个天下的根本。它联合而成的粒子中包罗质子和中子。但强互作用力的联合方式却极为奇特和复杂。
小说《三体》中出现的“强互作用力宇宙探测器”——也就是“水滴”,就是基于人类对强互作用力的认识,而举行的风趣想象。
理论上,质子和中子并非宇宙中仅有的两种由强互作用力联合而成的粒子。但是到如今为止,人类对其他的强互作用力粒子联合方式,相识极为有限。
要相识强互作用力及其奇特特性,可以通过相识电磁力入手。
电磁力相对简朴。它是通过一种名叫“电荷(electric charge)”的特性,在粒子之间发生作用的。如果你拥有电荷,你就能感受到电磁力,并对电磁力作出反馈。电磁力是由光子负责转达的。光子本身没有电荷,且没有质量。电磁力的本质是光子的互换。


在明白电磁力的根本上,我们可以来实验明白强互作用力。
到场强互作用力的粒子重要的一类叫“夸克(quark)”。夸克有6“味”,分别是上(up)、下(down)、顶(top)、底(bottom)、奇(strange)和粲(charm)。
夸克到场强互作用力的方式是通过一种和电荷类似,但又与电荷差异的特性——固然它们本身也拥有电荷,并可以或许感受到电磁力。物理学家称这种与强互作用力有关的奇特特性为“色荷(color charge)”。
每一味的夸克都拥有三种“色”,分别是“红”、“绿”和“蓝”。但是这里的“色”并不是真正的颜色,而只是为了形貌和区分这种奇特的、类似于电荷的特性,人为赋予的标签。
每一味夸克还都对应一种自转、电荷、色荷相反的“反夸克”。
夸克到场强互作用力,实际上是通过相互之间互换别的一组共8种粒子实现的。这组粒子被称为“胶子(gluon)”。它们的作用正如其名,是把夸克“粘”在一起。胶子本身也是带“色”的,且有质量。
6味夸克,8种胶子。夸克的“色”会变革,胶子的“色”也会。再加上“反夸克”。以是强互作用力比电磁力要复杂得多。


物理学家称夸克和胶子与强互作用力有关的特性为“色”并不是由于它们真的有颜色,而是由于如许可以构成一种实用且风趣的类比。
胶子和夸克可以或许联合在一起,形成更大的粒子——这种状态就像是赤色、蓝色和绿色光加在一起就会酿成白光一样。最常见的夸克联合方式就是红、蓝、绿三“色”的组合。比如我们可以将三个夸克联合在一起,形成我们认识的质子和中子——形成质子照旧中子则取决于这是一个什么样的夸克和反夸克组合。我们也可以把一个夸克和一个反夸克联合在一起,如许它们的“色”就会相互抵消——绿和反绿抵消,蓝和反蓝抵消,红和反红抵消——形成一种名叫“介子(meson)”的粒子。
理论上,只要能让夸克和胶子联合在一起酿成“白色”的齐备组合方式在自然界中都是被允许的。比如我们可以把2个介子——每一个介子包罗2个夸克——联合在一起,形成一种所谓的“四夸克态(tetraquark)”。我们也可以把5个夸克捆绑起来,同时均衡掉它们的色荷,形成一种所谓的“五夸克态(pentaquark)”。乃至于连胶子都可以不必要夸克,本身便可以或许独立存在。它们可以形成自由漂泊的“胶球”,存在于宇宙的某处。
全部这齐备可以或许通过强互作用力联合在一起的稳固物质形态,都被归入了“夸克偶素谱系(quarkonium spectrum)”。这不是科幻,而是理论上确有大概存在的全部“强互作用力”物质形态的统称。
物理学家比年来不停在探索“夸克偶素谱系”中的未知范畴。我们不知道在宇宙的什么地方可以找到它们,但我们可以通过粒子对撞机制造它们。到如今为止,物理学家已经通过对撞机,制造出了很多强互作用力的联合情势。固然这些奇特物质只出现了一瞬间便消散无踪,但是它们的存在却已经是一个不容置疑的究竟。
[参考] A 'Quarkonium Spectrum' of Exotic Particles Might Lurk in the Universe, So Why Can't We Find Them? https://www.livescience.com/quarkonium-spectrum-of-strong-nuclear-force-particles.html


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