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上夸克

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上夸克
组成 基本粒子
費米子
第一代
基本相互作用 強作用力弱作用力
電磁力重力
符号 u
反粒子 反上夸克(u
理论 默里·蓋爾曼(1964年)
喬治·茨威格(1964年)
发现 史丹佛直線加速器中心(1968年)
质量

1.5–3.3 MeV/c2

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

在所有種類的夸克中,上夸克(Up quark)的質量最小,裸質量約為1.8–3.0 MeV/c2。上夸克是第一代夸克, 是自旋12費米子。帶有電荷+23 e。根據粒子物理學標準模型理論,上夸克與下夸克是構成核子的基本粒子,質子擁有兩個上夸克和一個下夸克,而中子則有一個上夸克和兩個下夸克。上夸克參與所有四種基本相互作用引力相互作用電磁相互作用弱相互作用強相互作用。上夸克的反粒子為反上夸克

1964年,默里·蓋爾曼喬治·茨威格首先提出上夸克的存在,目的是在解釋強子八重道分類系統。1967年,透過在史丹佛直線加速器進行的深度非彈性散射實驗英语deep inelastic scattering,首度證實了上夸克存在。

歷史

粒子物理學的發展初期(20世紀前半),質子中子Π介子等等強子都被視為基本粒子。可是,隨著更多新強子被發現,粒子園英语particle zoo也跟著擴張,從1930年代與1940年代的幾種粒子擴張至1950年代的幾十種粒子。可是,物理學者並不清楚它們彼此之間的關係。1961年,默里·蓋爾曼瑜法爾·尼曼英语Yuval Ne'eman分別獨立地提出一種稱為八重道的分類系統,以數學術語來說,就是 SU(3) 對稱性[2][3]

這種分類系統將各種強子組織成同位旋多重態,然而,它背後的物理理論並不明朗。1964年,蓋爾曼與喬治·茨威格分別獨立地提出夸克模型,其最初僅僅描述了上夸克、下夸克與奇夸克的物理行為[4][5][6][7]可是,雖然夸克模型解釋了八重道,並沒有任何實驗直接證實了夸克的存在。1968年,在史丹佛直線加速器中心深度非彈性散射實驗英语deep inelastic scattering揭露,質子擁有內在結構,質子是由三個更為基礎的粒子組成,從而夸克模型被公認為正確無誤。[8][9][10]

最初,人們很不願接受這事實,他們比較喜歡理查·費曼部分子模型英语parton (particle physics)[11][12][13]隨著時間流易,夸克理論漸漸被人們接受。更多內容,請參閱11月革命[14]

質量

儘管上夸克極為常見,物理學者並不明確它的裸質量,其數值大概是在1.8與3.0 MeV/c2之間[1]使用格點色動力學英语Lattice QCD計算可以給出比較準確的數值: 2.01±0.14 MeV/c2[15]

夸克的質量不能夠做實驗直接測量,因此是相當難決定的數量。在介子重子裡,夸克的有效質量會變得很大,這是源自於夸克與夸克之間的膠子場所造成的結合能,注意到狹義相對論允許能量與質量之間的相互轉換。由於上夸克的裸質量很小,它不能被直接計算出來。[16]:135

參考文獻

  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]. 
  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