當前位置:科學 > 正文

還有比夸克更小的粒子嗎?科學家:目前還不清楚

2019-10-25 09:43:46  來源:新浪科技

夸克是所有物質的基本組成單元,但似乎不能再繼續分割為更小的結構

夸克是所有物質的基本組成單元,但似乎不能再繼續分割為更小的結構

北京時間10月25日消息,質子和中子是構成原子核的粒子,看起來似乎已經足夠微小。但科學家表示,這些亞原子粒子其實是由更小的粒子組成,他們將這些粒子稱為夸克。

“我認為最簡單的說法是,夸克是物質的基本組成部分,構成了我們周圍的一切,”理論物理學家杰弗里·韋斯特解釋道。韋斯特在美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室建立了高能物理研究小組,現在是圣塔菲研究所的杰出教授。

與電子和其他輕子一樣,夸克似乎不能再繼續分割為更小的結構。夸克是如此之小,以至于關于其大小的描述聽起來都令人難以置信。倫敦大學學院物理學教授喬恩·巴特沃斯(Jon Butterworth)解釋道,夸克的半徑大約是質子半徑的2000倍,而質子的半徑比一粒沙子小2.4萬億倍。

1964年首次提出

最早在1964年,加州理工學院的理論物理學家默里·蓋爾曼(Murray Gell-Mann)首次提出了夸克模型。他是發展粒子物理學標準模型的關鍵人物之一,也是1969年諾貝爾物理學獎得主。蓋爾曼指出,要想解釋質子和中子的性質,就必須假定它們由更小的粒子組成。與此同時,加州理工學院的另一位物理學家喬治·茨威格(George Zweig)也獨立地提出了這個想法。

從1967年到1973年,在斯坦福直線加速器中心(現稱為SLAC國家加速器實驗室)進行的實驗證實了夸克的存在。正如韋斯特所解釋的,夸克的一個奇怪之處在于,它們可以被觀察到,但不能被分離。“一個細微的區別在于,”他說,“它們和電子一樣都是基本粒子,但對于電子,我們可以觀察并分離它們。你可以指出某個電子的方向。對于夸克,你不可能從原子核中取出一個放到桌子上,對它進行檢驗。”

利用龐大的粒子加速器,科學家可以加速電子,并利用它們來探測原子核內部的秘密。如果電子撞擊到足夠深的地方,就會使夸克脫離,科學家就可以用非常精密的探測器來測量夸克。“我們重建了目標中組成質子和中子的基本單元,”韋斯特說。“你可以看到這些小點,我們把它們稱為夸克。”

夸克有六種類型

與質子相比,夸克只帶有部分電荷。根據質量,夸克可以分為六種類型,即六種“味”,分別是上、下、粲、奇、底和頂。它們還有一種名為“色荷”的性質,用來描述強相互作用如何把它們結合在一起。色荷由膠子攜帶,膠子也是一種基本粒子,負責在兩個夸克之間傳遞強相互作用,就像光子負責在兩個帶電粒子之間傳遞電磁力一樣。

美國堪薩斯大學的一個物理學研究小組計劃使用大型強子對撞機(LHC)上的一個設備來研究夸克和膠子之間的強相互作用。大型強子對撞機是世界上最強大的粒子加速器,位于法國和瑞士之間一條27公里長的隧道內。

“我們的想法是更好地了解質子和重離子——比如鉛——的結構,并研究一種叫做‘飽和(膠子狀態)’的新現象,”這項研究的領導者、堪薩斯大學物理學教授克里斯托夫·羅永(Christophe Royon)解釋道,“當兩個質子或兩個離子以極高的能量碰撞時,我們可以很靈敏地探測到它們的子結構——夸克和膠子,從而探測到某些膠子密度變得非常大的區域。”

“我們可以類比紐約高峰時段的地鐵,此時地鐵完全擠滿了,”克里斯托夫補充道,“在這種情況下,膠子的行為不是單一的,而是可以表現出集體行為,就像擁擠的地鐵一樣,如果有人摔倒了,每個人都會感覺到,因為人們離得很近。在某種程度上,質子或重離子可以表現得像一個固體,像一塊玻璃,這種狀態稱為‘色玻璃凝聚態’。這是我們希望在大型強子對撞機上看到的,也希望在美國未來的電子-離子對撞機上能看到。”

如果能找到這種稠密膠子物質存在的證據,或許將回答關于夸克最大的一個未解問題。“這是物質的一種新狀態,”克里斯托夫說,“相對論性重離子對撞機(RHIC)或大型強子對撞機已經提供了一些暗示,但一切都還不確定。這將是一個重要的發現,大型強子對撞機和電子-離子對撞機都是觀察這一現象的理想設備。”

科學家還想解答的另一個重要問題是,是否有比夸克更小的東西?“是否還存在另一個層次?”韋斯特說,“我們不知道答案。”(任天)

推薦閱讀

無法回國!孟晚舟發朋友圈,祝賀父親任正非生日快樂

10月25日是華為創始人任正非生日,其女兒孟晚舟在朋友圈發文:父愛如高山,巍峨而綿延 父愛如天空,深遠而寬厚 父愛如大海,永恒 【詳細】

曾因擔心輻射問題要求拆除4G基站 如今小區業主聯名求裝5G基站

IT之家10月24日消息 據梨視頻報道,10月19日,長沙某小區業主在小區公告欄呼吁運營商重裝通信基站。據了解,今年的8月份,在該小區部分業 【詳細】

科大訊飛《1024計劃》發布 將結合A.I.與教引、生態、公益

IT之家10月24日消息,2019年科大訊飛全球1024開發者節在合肥開幕,本次開發者節以AI前進·拼世界為主題,是由科大訊飛發起并主辦的人工智能 【詳細】

曠視CTO唐文斌:客戶需求是“蛋”,我們就是在正確地“做雞”

曠視CTO 唐文斌文 | 搜狐科技 馬文玥10月20日-22日,第六屆世界互聯網大會在中國烏鎮舉行。曠視聯合創始人兼CTO唐文斌出席大會并接受搜 【詳細】

外媒稱特斯拉上海超級工廠168天落地創紀錄

圖示:10月18日的特斯拉上海超級工廠10月24日消息,據國外媒體報道,2019年底的某個時候,中國制造的第一輛Model 3電動汽車將在特斯拉位于 【詳細】



科技新聞網版權
新疆时时彩开奖结果