夸克禁闭

我们现在知道，质子和中子都是由夸克组成的。可是夸克长什么样呢？

发明夸克模型的盖尔曼说，夸克分为三种，分别是上夸克、下夸克和奇异夸克，再加上他们的反夸克，所以夸克一共有6个。所有的强子都是由夸克或者反夸克组成的，因此强子不是基本粒子。强子又可以分为介子和重子。此时介子和重子的定义也不是用质量来划分了，介子是由一个正夸克和一个反夸克组成的，只要满足这点就是介子，所以个别的介子质量也可以大于重子。而重子是由三个夸克组成的，比如说质子是由两个上夸克和一个下夸克组成的，中子是由一个上夸克和两个下夸克组成的。所有夸克的自旋都是1/2，那介子是正反夸克组成的，自旋就得是整数，因此介子是玻色子。重子是三个夸克组成的，自旋肯定就是分数，所以重子都是费米子。实际上到现在夸克已经发现了6种了，还有一些奇异强子由四个夸克、五个夸克组成。总之这些都比较抽象，能不能具体点，在实验种发现夸克，从而验证盖尔曼夸克模型的正确性呢？

1967年SLAC国家加速器实验室做了一些列实验，这个实验室很有名，原名叫斯坦福直线加速器中心，1962年建造，占地426公顷，远处看就像是一个3千米多长的大炮一样，用这么长的轨道来加速粒子，当时最高能够达到22GeV能量。做的实验是什么呢？就是把电子加速，然后让它去撞击质子，看看他们的非弹性碰撞。实验中的质子其实用的就是液态氢。结果是啥呢？通常印象当中电子应该是软的，质子应该是硬的，对吧？结果通过散射数据物理学家发现，在如此高的能量之下电子更像是一个硬核，质子反而感觉软绵绵的。质子里面就像存在一些微小的带电体一样，无论物理学家怎么提高电子的能量质子就是不碎，但是质子绝对不是一个实心球体，里面有别的东西。

你可能要说，这不就是夸克嘛，这不就证明了盖尔曼的理论是正确的吗？还没有，至此，人们对夸克模型还是半信半疑，你别看盖尔曼在1969年就获得了诺贝尔物理学奖，但那主要是因为他的SU（3）对称理论也就是八重道，对于粒子的分类和预言了Ω-粒子的贡献。比如说知名物理学家费曼就表示不相信，他在1968年为了解释刚才说的实验现象，也提出了一种新模型叫做parton模型，他说质子里面是由一种叫做部分子云的东西组成的，这东西就像电子云一样没有固定形状。这是一种场的思想，费曼把量子电动力学结合进来了，其实正是在费曼的带领之下，理论物理学家才把场论的方法运用到强相互作用当中，也导致了后面出现的量子色动力学QCD。后来干脆物理学家各取所需，把部分子模型和夸克模型结合到了一起，形成了一种叫做夸克-部分子模型的方法。再后来到了1971年CERN就是欧洲核子研究中心建造了一台质子-质子对撞机，全名叫交叉碰撞储存环简称ISR。CERN很有名了，现在世界上最大的粒子物理实验室，坐落在日内瓦，CERN同时也是万维网就是www网的发源地，第一个网页浏览器就是在1991年诞生在CERN的。同时CERN还拥有世界上最大的强子对撞机LHC。

1971年物理学家通过ISR进行质子对撞还是不能够把质子撞开，夸克就躲在里面不出来，这是咋回事呢？所以当时人们就给这种现象从理论角度起了个名叫做夸克禁闭。就是说夸克在理论上就是不能够从质子中被撞出来的，你要分离夸克，它们距离越远，所需要的能量就越高，直到无穷大。这无疑是雪上加霜，本来夸克理论人们就不怎么相信，想要通过实验验证，却又偏偏遇到一个夸克禁闭。这就不禁让人们怀疑夸克的真实性。

夸克真的存在么？它在理论上确实可以解决一些问题，但是不是仅仅存在于理论上呢？这就像是实在论，如果一个东西我看不见，那它存于不存在还有意义吗？但如果夸克真实存在的话，夸克禁闭背后的原因又是啥呢？974年华裔美国物理学家丁肇中站了出来，正是他的贡献让夸克理论获得了一线生机。

作者：妈咪说科普创作者

审核：罗会仟中国科学院物理研究所副研究员

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