[科普中国]-夸克禁闭

夸克禁闭是一种物理现象，描述夸克不会单独存在。由于强相互作用力，带色荷的夸克被限制和其他夸克在一起（两个或三个组成一个粒子），使得总色荷为零。夸克之间的作用力随着距离的增加而增加，因此而不能发现单独存在的夸克。

简介夸克禁闭是一种物理现象，描述夸克不会单独存在。由于强相互作用力，带色荷的夸克被限制和其他夸克在一起（两个或三个组成一个粒子），使得总色荷为零。夸克之间的作用力随着距离的增加而增加，因此而不能发现单独存在的夸克。1

产生夸克是在宇宙产生10-10秒后产生的，那时宇宙的温度已经下降到低于100GeV，这是产生成对的W和Z粒子的门槛。从那个时候起，W和Z粒子接过了进行粒子间弱相互作用的任务而且也不会单独存在，除非在它们产生的地方（短暂的）。宇宙诞生后约10-6~10-3秒之间，其温度降到夸克不再有足够的能量自由漫游的程度，而是两个或三个约束在一起。宇宙诞生大约1微秒后，可用能量低于几百TeV，夸克和反夸克凝聚成重子和反重子。夸克等离子阶段在宇宙起源10-4秒后就结束了。1

夸克夸克（英语：quark，又译“层子”或“亏子”）是一种基本粒子，也是构成物质的基本单元。夸克互相结合，形成一种复合粒子，叫强子，强子中最稳定的是质子和中子，它们是构成原子核的单元。由于一种叫“夸克禁闭”的现象，夸克不能够直接被观测到，或是被分离出来；只能够在强子里面找到夸克。因为这个原因，人类对夸克的所知大都是来自对强子的观测。

夸克有六种“味”，分别是上、下、粲、奇、底及顶。上及下夸克的质量是所有夸克中最低的。较重的夸克会通过一个叫粒子衰变的过程，来迅速地变成上或下夸克。粒子衰变是一个从高质量态变成低质量态的过程。就是因为这个原因，上及下夸克一般来说很稳定，所以它们在宇宙中很常见，而奇、粲、顶及底则只能经由高能粒子的碰撞产生（例如宇宙射线及粒子加速器）。

夸克有着多种不同的内在特性，包括电荷、色荷、自旋及质量等。在标准模型中，夸克是唯一一种能经受全部四种基本相互作用的基本粒子，基本相互作用有时会被称为“基本力”（电磁相互作用力、万有引力、强相互作用力及弱相互作用力）。夸克同时是现时已知唯一一种基本电荷非整数的粒子。夸克每一种味都有一种对应的反粒子，叫反夸克，它跟夸克的不同之处，只在于它的一些特性跟夸克大小一样但正负不同。

夸克模型分别由默里·盖尔曼与乔治·茨威格于1964年独立地提出。引入夸克这一概念，是为了能更好地整理各种强子，而当时并没有什么能证实夸克存在的物理证据，直到1968年SLAC开发出深度非弹性散射实验为止。夸克的六种味已经全部被加速器实验所观测到；而于1995年在费米实验室被观测到的顶夸克，是最后发现的一种。1

强相互作用强相互作用是作用于强子之间的力，是所知四种宇宙间基本作用力最强的，也是作用距离第二短的（大约在 10m 范围内，比弱相互作用的范围大）。另外三种相互作用分别是引力、电磁力及弱相互作用。核子间的核力就是强相互作用。它抵抗了质子之间的强大的电磁力，维持了原子核的稳定。强相互作用也将夸克基本粒子结合成为质子及中子等强子，这也是组成大部分物质的粒子。而且一般质子或中子里，大部分的质能是以强相互作用场能量的形式存在，夸克只提供了1%的质能。

强相互作用可以在二个地方看到：较大的尺度（约1至3飞米）下，强相互作用将质子及中子结合成为原子的原子核，较小的尺度（约0.8飞米，约为核子的尺寸）下，强相互作用将夸克结合，成为质子、中子或其他强子。强相互作用的作用力非常强，大到束缚一个夸克的能量可以转换为新的夸克对的质量，强相互作用的这个性质称为夸克禁闭。

强相互作用是唯一强度不会随距离减小的作用力，但因为夸克禁闭，夸克会限制和其他夸克在一起，形成的强子之间会有残留的强相互作用，也称为核力，核力会随距离而迅速减少。撞击原子核释放的部分束缚能和产生的核力有关，而核力也用在核能及核聚变式的核武器中。

强相互作用一般认为是由胶子传递的，胶子会在夸克、反夸克及其他胶子之间交换。胶子会带有色荷，色荷和人眼可见的颜色完全没有关系，色荷类似电荷，但色荷有六种（红、绿、蓝、反红、反绿、反蓝），因此会形成不同的力，有不同的规则，在量子色动力学（QCD）中有描述，这也是夸克-胶子相互作用的基础。吴秀兰等科学家对胶子发现有很大贡献的科学家，在1995年因此获得了欧洲物理学会髙能和粒子物理奖。

在大爆炸后，电弱时期时，弱电相互作用和强相互作用分离，统一弱相互作用和电磁相互作用的电弱统一理论已经获得实验证实。科学家进一步预期有一个大统一理论可以统一弱电相互作用及强相互作用，现今有许多是大统一理论的理论，第一个是哈沃德·乔吉和谢尔登·格拉肖于1974年提出了最早的SU(5)大统一理论，但和实验不合，其他的理论有SO(10)模型、乔吉-格拉肖模型，但还没有一个是广为科学家接受，且有实验证实的理论，而且许多大统一理论都预言质子衰变，但目前也还没有实验支持，大统一理论也还是未解决的物理学问题之一。2

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学