上夸克 - Wikiwand
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上夸克

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上夸克
组成 基本粒子
费米子
第一代
基本相互作用 强作用力弱作用力
电磁力重力
符号 u
反粒子 反上夸克(u
理论 默里·盖尔曼(1964年)
乔治·茨威格(1964年)
发现 斯坦福直线加速器中心(1968年)
质量

1.5–3.3 MeV/c2

2.3+0.7
−0.5
 MeV/c2
[1]
衰变粒子 稳定
电荷 +23 e
色荷
自旋 12
弱同位旋 LH: +12, RH: 0
弱超荷 LH: +13, RH: +43

在所有种类的夸克中,上夸克(Up quark)的质量最小,裸质量约为1.8–3.0 MeV/c2。上夸克是第一代夸克, 是自旋12费米子。带有电荷+23 e。根据粒子物理学标准模型理论,上夸克与下夸克是构成核子的基本粒子,质子拥有两个上夸克和一个下夸克,而中子则有一个上夸克和两个下夸克。上夸克参与所有四种基本相互作用引力相互作用电磁相互作用弱相互作用强相互作用。上夸克的反粒子为反上夸克

1964年,默里·盖尔曼乔治·茨威格首先提出上夸克的存在,目的是在解释强子八重道分类系统。1967年,透过在斯坦福直线加速器进行的深度非弹性散射实验英语deep inelastic scattering,首度证实了上夸克存在。

历史

粒子物理学的发展初期(20世纪前半),质子中子Π介子等等强子都被视为基本粒子。可是,随着更多新强子被发现,粒子园英语particle zoo也跟着扩张,从1930年代与1940年代的几种粒子扩张至1950年代的几十种粒子。可是,物理学者并不清楚它们彼此之间的关系。1961年,默里·盖尔曼瑜法尔·尼曼英语Yuval Ne'eman分别独立地提出一种称为八重道的分类系统,以数学术语来说,就是 SU(3)对称性[2][3]

这种分类系统将各种强子组织成同位旋多重态,然而,它背后的物理理论并不明朗。1964年,盖尔曼与乔治·茨威格分别独立地提出夸克模型,其最初仅仅描述了上夸克、下夸克与奇夸克的物理行为[4][5][6][7]可是,虽然夸克模型解释了八重道,并没有任何实验直接证实了夸克的存在。1968年,在斯坦福直线加速器中心深度非弹性散射实验英语deep inelastic scattering揭露,质子拥有内在结构,质子是由三个更为基础的粒子组成,从而夸克模型被公认为正确无误。[8][9][10]

最初,人们很不愿接受这事实,他们比较喜欢理查·费曼部分子模型英语parton (particle physics)[11][12][13]随着时间流逝,夸克理论渐渐被人们接受。更多内容,请参阅11月革命[14]

质量

尽管上夸克极为常见,物理学者并不明确它的裸质量,其数值大概是在1.8与3.0 MeV/c2之间[1]使用格点色动力学英语Lattice QCD计算可以给出比较准确的数值: 2.01±0.14 MeV/c2[15]

夸克的质量不能够做实验直接测量,因此是相当难决定的数量。在介子重子里,夸克的有效质量会变得很大,这是源自于夸克与夸克之间的胶子场所造成的结合能,注意到狭义相对论允许能量与质量之间的相互转换。由于上夸克的裸质量很小,它不能被直接计算出来。[16]:135

参考文献

  1. ^ 1.0 1.1 J. Beringer (Particle Data Group); 等. PDGLive Particle Summary 'Quarks (u, d, s, c, b, t, b', t', Free)' (PDF). Particle Data Group. 2012 [2013-02-21]. (原始内容 (PDF)存档于2013-05-12). 
  2. ^ M. Gell-Mann. The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry. (编) M. Gell-Mann, Y. Ne'eman. The Eightfold Way. Westview Press. 2000: 11 [1964]. ISBN 0-7382-0299-1. 
    Original: M. Gell-Mann. The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry. Synchrotron Laboratory Report CTSL-20 (California Institute of Technology). 1961. 
  3. ^ Y. Ne'eman. Derivation of strong interactions from gauge invariance. (编) M. Gell-Mann, Y. Ne'eman. The Eightfold Way. Westview Press. 2000 [1964]. ISBN 0-7382-0299-1. 
    Original Y. Ne'eman. Derivation of strong interactions from gauge invariance. Nuclear Physics. 1961, 26 (2): 222. Bibcode:1961NucPh..26..222N. doi:10.1016/0029-5582(61)90134-1. 
  4. ^ M. Gell-Mann. A Schematic Model of Baryons and Mesons. Physics Letters. 1964, 8 (3): 214–215. Bibcode:1964PhL.....8..214G. doi:10.1016/S0031-9163(64)92001-3. 
  5. ^ G. Zweig. An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking. CERN Report No.8181/Th 8419. 1964. 
  6. ^ G. Zweig. An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II. CERN Report No.8419/Th 8412. 1964. 
  7. ^ B. Carithers, P. Grannis. Discovery of the Top Quark (PDF). Beam Line (SLAC). 1995, 25 (3): 4–16 [2008-09-23]. 
  8. ^ E. D. Bloom; 等. High-Energy Inelastic ep Scattering at 6° and 10°. Physical Review Letters. 1969, 23 (16): 930–934. Bibcode:1969PhRvL..23..930B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.930. 
  9. ^ M. Breidenbach; 等. Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering. Physical Review Letters. 1969, 23 (16): 935–939. Bibcode:1969PhRvL..23..935B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.935. 
  10. ^ J. I. Friedman. The Road to the Nobel Prize. Hue University. [2008-09-29]. (原始内容存档于2008-12-25). 
  11. ^ R. P. Feynman. Very High-Energy Collisions of Hadrons. Physical Review Letters. 1969, 23 (24): 1415–1417. Bibcode:1969PhRvL..23.1415F. doi:10.1103/PhysRevLett.23.1415. 
  12. ^ S. Kretzer; 等. CTEQ6 Parton Distributions with Heavy Quark Mass Effects. Physical Review D. 2004, 69 (11): 114005. Bibcode:2004PhRvD..69k4005K. arXiv:hep-ph/0307022. doi:10.1103/PhysRevD.69.114005. 
  13. ^ D. J. Griffiths. Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. 1987: 42. ISBN 0-471-60386-4. 
  14. ^ M. E. Peskin, D. V. Schroeder. An introduction to quantum field theory. Addison–Wesley. 1995: 556. ISBN 0-201-50397-2. 
  15. ^ Cho, Adrian. Mass of the Common Quark Finally Nailed Down. Science Magazine. April 2010. 
  16. ^ Griffiths, David J., Introduction to Elementary Particles 2nd revised, WILEY-VCH, 2008, ISBN 978-3-527-40601-2 
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