下夸克

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下夸克
组成 基本粒子
费米子
第一代
基本相互作用 , , 电磁力, 重力
符号 d
反粒子 反下夸克 (d
理论 默里·盖尔曼(1964)
乔治·茨威格(1964)
发现 SLAC(1968)
质量 4.8+0.5
−0.3
 MeV/c2
[1]
衰变粒子 稳定或上夸克 + 电子 + 反电中微子
电荷 -1/3 e
色荷
自旋 1/2
弱同位旋 LH: −1/2, RH: 0
弱超荷 LH: 1/3, RH: −2/3

下夸克(down quark)是一种基本粒子。在所有的夸克中,下夸克是质量第二小的夸克,只比上夸克的质量大。组成原子核中子质子都是由下夸克与上夸克共同形成。下夸克属于第一代粒子电荷为−1/3e裸质量4.8+0.5
−0.3
 MeV/c2
[1]。和所有夸克一样,下夸克是一种费米子自旋1/2,且可以感受到所有四种基础作用:引力相互作用电磁相互作用强相互作用弱相互作用。下夸克的反粒子是反下夸克。下夸克带有负电荷,反下夸克带有正电荷。

1964年,默里·盖尔曼乔治·茨威格假设下夸克的存在,这是使用八重道来对于强子分类所得到的后果预测。后来,物理学者在斯坦福直线加速器中心所做的实验观测证实了下夸克的存在。

历史[编辑]

默里·盖尔曼
乔治·茨威格

粒子物理学初期(二十世纪前半期),质子、中子、π介子等等强子类粒子都被认为是基本粒子。然而随着更多强子被发现,粒子园英语particle zoo从1930年代早期与1940年代的几个粒子增加到1950年代的几十个粒子。物理学者起初并不清楚它们彼此之间的关系,直到1961年,由于默里·盖尔曼[2]尤瓦尔·内埃曼英语Yuval Ne'eman[3]各自独立地提出一种强子分类方案,称为“八重道”,利用SU(3)味对称性,这问题才获得解决。

八重道将强子组织为不同的同位旋多重态,然而,物理学者仍不清楚这分类方案背后的物理原理。1964年,盖尔曼[4]乔治·茨威格[5][6]各自独立的提出夸克模型,在那时只涉及到上夸克、下夸克与奇夸克[7]尽管夸克模型能够合理地解释八重道,但在那时并没有任何实验证据。1968年,物理学者在斯坦福直线加速器中心所做的实验观测,终于证实了下夸克的存在。[8][9]深度非弹性碰撞英语Deep inelastic scattering实验揭示了质子具有次结构:它是由三个更基础的粒子组成,因此证实了夸克模型。[10]

刚开始,人们并不情愿把这三个基础粒子辨识为夸克,而是青睐理查·费曼部分子英语parton (particle physics)模型。[11][12][13]随着时间演进,夸克模型渐渐被广泛接受(更多细节,请参阅条目J/ψ介子)。[14]

质量[编辑]

虽然下夸克很常见,但下夸克的裸质量尚未被准确测定,应该是在4.5与5.3MeV/c2之间。[1]格点QCD英语Lattice QCD方法所预测的数值更为精确:4.79±0.16 MeV/c2[15]

介子(由一个夸克与一个反夸克组成的粒子)或重子(由三个夸克组成的粒子)里,夸克的有效质量会变得比较大,这都归因于夸克与夸克之间的胶子场所产生的结合能英语Quantum chromodynamics binding energy。例如,在质子里,下夸克的有效质量约为330 MeV/c2。由于下夸克的裸质量很小,它不能直接地被计算出来,因为必须将相对论效应纳入考量。胶子场所媒介的强作用力之作用下,夸克的移动速度约为光速的99.995%,相应的洛伦兹因子约为100,所以,所有夸克的静质量总和仅为质子或中子质量的1%。

参阅[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 J. Beringer (Particle Data Group); 等. PDGLive Particle Summary 'Quarks (u, d, s, c, b, t, b′, t′, Free)' (PDF). Particle Data Group. 2013 [2013-07-23]. 
  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; Coward, D.; Destaebler, H.; Drees, J.; Miller, G.; Mo, L.; Taylor, R.; Breidenbach, M.; 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; Friedman, J.; Kendall, H.; Bloom, E.; Coward, D.; Destaebler, H.; Drees, J.; Mo, L.; Taylor, R.; 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; Lai, H.; Olness, Fredrick; Tung, W.; 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. (原始内容存档于2012-03-06). 

进阶阅读[编辑]