第23章

夸克还有一种叫“色荷”的性质。色荷共分三种,可任意标示为“蓝”、“绿”及“红”每一种色荷都有其对应的反色荷——“反蓝”、“反绿”及“反红”。每一个夸克都带一种色,而每一个反夸克则带一种反色。掌管夸克间吸引及排斥的系统,是由三种色的各种不同组合所负责,叫强相互作用,现代理论认为它是由一种叫胶子的玻色子所传递的;描述强相互作用的理论叫量子色动力学。一个带某色荷的夸克,可以和一个带对应反色荷的反夸克,一起生成一束缚系统;三个(反)色荷各异的(反)夸克,也就是三种色每种一个,同样也可以束缚在一起。两个互相吸引的夸克会达至色中性:一夸克带色荷ξ,加上一个带色荷ξ的反夸克,结合后色荷为零(或“白”色),成为一个介子。跟基本光学的颜色叠加一样,把三个色荷互不相同的夸克或三个这样的反夸克组合在一起,就会同样地得到“白”的色荷,成为一个重子或反重子。

在现代粒子物理学中,联系粒子相互作用的,是一种叫规范对称的空间对称群,物理学定律不受空间的方向所限,即使坐标轴旋转到一个新方向,定律依然不变,量子色动力学的物理也一样,不受三维色空间的方向影响,色空间的三个方向分别为蓝、红和绿。色变与色空间的“旋转”相对应(数学上,色空间是复数空间)。每一种夸克味,f,下面都有三种小分类fb、fg和fr,对应三种夸克色蓝、绿和红,形成一个三重态。

提及夸克质量时,一个是“净夸克质量”,也就是夸克本身的质量;另一个是“组夸克质量”,也就是净夸克质量加上其周围胶子场的质量。这两个质量的数值一般相差甚远。一个强子中的大部份的质量,都属于把夸克束缚起来的胶子,而不是夸克本身。尽管认为胶子的内在质量为零,它们拥有能量——更准确地,应为量子色动力学束缚能,就是它为强子提供了这么多的质量。例如,一个质子的质量约为938 mev/c2,其中三个价夸克大概只有11 mev/c2;其余大部份质量都可以归咎于胶子的能质。

现代的模型假定所有基本粒子的质量,都是来自希格斯机制,而这个机制跟发现的希格斯玻色子有关系。顶夸克有着很大的质量,一个顶夸克大约跟一个金原子核一样重,为什么顶夸克的质量那么大,目前物理学家希望能找到更多有关于夸克,及其他基本粒子的质量来源之谜。

以上是现代理论对夸克现象的大致描述。当古希腊提出原子说后,人们一度逼近认为终找到了基本粒子。但卢瑟福原子核轰击实验后,跑出了一大堆基本粒子,微小世界不是在收敛而是在扩张。

(本章完)