从数学到物理学及其相互促进发展（9）

中国科学院  力学研究所  吴中祥

（接（8）)

8．所谓强子的“夸克”模型

1964年，美国物理学家默里·盖尔曼(M. Gell-Mann)和G.茨威格(G. Zweig)分别按量子场论独自提出了中子、质子这类强力作用的粒子是由具有分数电子电荷，自旋为1/2的，更基本的单元——夸克(Quark)组成的。

(1)   所谓“味”

最初解释强相互作用粒子就需要引入：上(u)、下(d)和奇(s)，3种不同自由度 (所谓“味”)的夸克。

所有的重子都是由3个夸克组成。例如质子由uud，中子由udd；反重子则由3个相应的反夸克组成。介子是由夸克和反夸克所组成。

1974年发现J/ψ粒子，而需引入第4种，粲(魅)©夸克。

1977年发现Υ粒子，而需引入第5种，底(美)(b)夸克。

1994年发现又需引入第6种，顶(真)(t)夸克。

这样，就引入了6种“味”。人们相信就只有这6种“味”的夸克。

夸克，按其特性，可分为3代（参见下表），高代的，顶、底、粲、奇夸克，在很短的时间内，就会衰变成上夸克或下夸克。实验显示，例如，顶夸克出现后，约10^(-24)秒就衰变成其他粒子。

夸克的电荷数Q、同位旋第3分量I(3)、奇异数S、重子数B、超荷Y，

有如下的[盖尔曼--西岛]关系式：Q = I(3) + (S + B) /2 , Y = S + B, 例如：

上夸克：I(3)= + 1/2 ，B = 1/3 ，S = 0，Q = 2/3，

下夸克：I(3)= - 1/2 ，B = 1/3 ，S = 0，Q = - 1/3，

奇夸克：I(3)= 0 ，B = 1/3 ，S = - 1，Q = - 1/3，

夸克特性一览表

代  自旋  特色      名称        符号   电荷量 / e    质量 / MeV.c-2

1  + 1/2  Iz=+1/2   上 (Up)         u     + 2/3            1.5 to 4.0

1  − 1/2  Iz=−1/2   下 (Down)       d     − 1/3              4 to 8

2  − 1/2  S=−1    奇异 (Strange)    s      − 1/3            80 to 130

2  + 1/2  C=1     粲(魅) (Charm)    c      + 2/3          1150 to 1350

3  − 1/2  B’=−1   底(美) (Bottom)    b      − 1/3         4100 to 4400

3  + 1/2   T=1    顶(真) (Top)      t       + 2/3       171400 ± 2100

(2)   所谓“色”

还预言存在一种由3个奇异夸克组成的负ω粒子 (sss)，而1964年由氢气泡室观测到。进而还发现Ω-和Δ++这样的重子也可以由3个相同夸克(自旋为1/2，自旋方向相同，且都处于基态的费米子)组成。

这显然是违反泡利不相容原理的。

因而1964年，格林伯格对这3个全同的夸克又分别引入红、黄、蓝3种不同“颜色”的自由度，把它们区分为不同的态，以使不再违反泡利原理。

这样，就使每味夸克又各有3种颜色，而由这些带色夸克组成的物质粒子，就还是无色的。

而夸克的种类就由原来的6种扩展到18种，再加上它们的反粒子，就共有36种夸克。

   这就发展为所谓“量子色动力学”。

        （未完待续）