夸克模型(層子模型)

夸克模型

層子模型一般指本詞條

粒子物理學上,夸克模型(英語:Quark Model)是一種根據強子內價夸克種類的強子分類方案,而價夸克就是強子內的夸克和反夸克,它們是強子量子數的源頭。夸克是“SU(3)味對稱”或八重道的基礎,這個分類方案成功將1950至60年代所發現的的大量較輕的強子妥當編組。它在1960年代後期得到了實驗確認,至今仍是一套既正確又有效的分類法。夸克模型在1964年分別由默里·蓋爾曼喬治·茨威格獨立提出(另見)。時至今日,夸克模型已被標準模型所吸收,並成為了它的一部分,標準模型指的是已確立的強相互作用和弱電相互作用的量子場論

基本介紹

  • 中文名:夸克模型
  • 外文名:Quark Model
  • 提出者默里·蓋爾曼與喬治·茨威格
  • 提出時間:1964年
簡介,歷史,夸克模型以外的態,另見,

簡介

粒子物理學上,夸克模型(英語:Quark Model)是一種根據強子內價夸克種類的強子分類方案,而價夸克就是強子內的夸克和反夸克,它們是強子量子數的源頭。夸克是“SU(3)味對稱”或八重道的基礎,這個分類方案成功將1950至60年代所發現的的大量較輕的強子妥當編組。它在1960年代後期得到了實驗確認,至今仍是一套既正確又有效的分類法。夸克模型在1964年分別由默里·蓋爾曼喬治·茨威格獨立提出(另見)。時至今日,夸克模型已被標準模型所吸收,並成為了它的一部分,標準模型指的是已確立的強相互作用和弱電相互作用的量子場論
強子並不“基本”,並可被視為“價夸克”及其反夸克的束縛態,而“價夸克”及其反夸克就是強子量子數的源頭。這些量子數是識彆強子的標籤,可分為兩種。一種從龐加萊對稱
而來,其中J、P和C分別代表總角動量、宇稱電荷共軛對稱

歷史

在新的實驗技巧發現出許多粒子後,開發分類方案便成了一個及時的問題,因為不可能這么多粒子全都是基本粒子。這些發現使得沃爾夫岡·泡利驚呼:“要是早知道會這樣,我就從事植物學研究算了”,而恩里科·費米則對學生利昂·萊德曼說:“年輕人呀,如果我能記住所有粒子的名字,那么我就是植物學家了。”這些新的實驗方案為實驗物理學家們贏得了諾貝爾獎,當中包括在這些許多開發前端的路易斯·阿爾瓦雷茨。用較少的構成物來把強子構建成束縛態就可以把手上的“動物園”妥當編組。之前的幾個提案,例如恩里科·費米楊振寧的(1949年),還有坂田昌一坂田模型(1956年),都能夠讓人滿意地將介子分類,但卻無法應付重子,因此並不能解釋所有實驗數據。
默里·蓋爾曼和西島和彥所提出的蓋爾曼-西島關係,使得蓋爾曼發明了八重道的分類,當中還包括了尤瓦勒·內埃曼於1961年的獨立重要貢獻。強子分為SU(3)表示多重態、八重態和十重態,由於強相互作用的關係,所以各態中的強子質量大致相同。蓋爾曼-大久保質量公式將強子多重態中各粒子細小的質量差異定量,由SU(3)的明顯對稱性破缺所控制。
蓋爾曼和獨立的喬治·茨威格最終在1964年辨識出八重道所隱藏的。他們假定了基本費米子構成物的存在,它當時尚未被觀測到,可能以後都不會看到它的自由形態,而它用一種既經濟又緊密的方式優雅地了編寫了八重道的基礎,使強子分類變得更加簡單。當時強子的質量差異被視為是組夸克質量的結果。
人類在此之後還花了十年才對這些夸克意想不到的性質——和物理現實(見夸克)——更加地了解。它們違反直覺地永遠不能被分開觀測(夸克禁閉),但它們一直與其他夸克結合來形成整套強子,然後向外界提供大量關於被囚夸克本身的信息。相反地,夸克在量子色動力學中扮演著定義的角色,量子色動力學是負責完全描述強相互作用的理論;而八重道現在則被理解成由最輕的三種夸克味對稱結構的結果。

夸克模型以外的態

雖然夸克模型可由量子色動力學理論中推導出來,但是強子的結構卻比模型所能容許的要複雜得多。所有強子的完全量子力學波函式必須包括虛誇克對和虛膠子對,同時亦要容許多種混合。可能有強子位處夸克模型之外。這樣的粒子包括膠球(只含有價膠子)、混合粒子(含有價膠子和夸克)和“奇異強子”(包括四夸克態五夸克態)。

另見

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