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夸克物理怎么样,对基础物理研究有什么意义

来源:整理 时间:2022-05-08 16:24:11 编辑:科技知识 手机版

上夸克下夸克魅力夸克奇夸克顶夸克和底夸克。比如质子由两个上夸克和一个下夸克组成,中子由两个下夸克和一个上夸克组成。上夸克的质量最小,顶夸克的质量最大,下夸克的质量大约是上夸克的两倍。因为夸克禁闭,夸克不能单独存在,也不能被直接观测到。关于夸克的大部分知识都来自于对强子的观察。迄今为止,已经发现了六种夸克。

夸克汤被成功制造出来,对基础物理研究有什么意义?

这个是我的题,大家都让开,让我答!为什么叫夸克汤呢,听起来这么好喝的样子?炖汤的过程,从粒子层面上来说,就是把一坨坨黏在一起的分子打散的过程。夸克汤自然也是同样的做法。之前提到的物质除气液固三种形态之外的等离子态,就是旺火猛炖的结果,如果说炖个肉汤是将肉里手牵手的蛋白分子打散,那等离子态更进一步,它把原子核和电子给打散了,肉汤里满是游离的原子核和自由电子。

再把火调大点,加热到2万亿度甚至更高。恭喜你,您点的麻辣味的夸克汤做好了!在这一高温下,原子核里的质子和中子也被炖烂了,组成它们的物质最基本粒子夸克都被炖了出来,四处乱飞。关于夸克,有一种现象叫夸克禁闭,听起来就玄乎,它是指你找不到单独的夸克粒子,想单拎出一颗来把玩观察,不可能,它都是黏合在一起,这让我们无法观测夸克的本来面目。

而要闹清楚大自然的终极奥秘,就必须要夸克给拎出来。人能上天入地,但现在却对一个小小的夸克粒子没有办法。后来大型粒子对撞机的出现,终于让科学家们如愿了,它们将重元素粒子如金原子加快到接近光速,然后来一次猛烈的对撞。按照爱因斯坦的质能公式,速度越快能量越高,两个以光速相撞的粒子能够释放出多大的能量呢?直观的说,它能产生4万亿的高温!4万亿!妥妥地把太阳秒了个干干净净!在这样的高温中尽管只有几毫秒,原子核里的质子和中子早就被炖烂,夸克都流了出来,汤汁鲜美,科学家们也终得以借此一窥夸克的世界。

夸克可以分吗?

在现代物理学的框架下,你提的这个问题涉及到粒子物理方向。在直观上,我们把一根筷子掰成两半,徒手可以做到。如果再掰成两半,重复多次,估计就要借助钳子等工具,所花费的力气能量也就越大。同样道理,如果把物质分到原子核质子中子,需要的能量就非常巨大,就需要借助粒子对撞机来完成。因此,粒子物理有时候又叫做高能物理。

要回答夸克是否可以分这个问题,需要从理论和实验两个方面去考虑。 从理论来说,描述微观粒子的基本理论是量子场论。从量子场论的角度来说场才是基本的,粒子只是场的激发。当然这是对于非基本粒子而言。什么是非基本粒子呢?粒子物理标准模型有一张表,出现在表上的,就是对于标准模型而言的基本粒子。像质子中子都不属于基本粒子,而构成它们的夸克则是基本粒子。

基本粒子在标准模型中——也就是目前人类所能够实验验证的最精确的理论中——是不可再分的。甚至,单独的夸克不能够自由运动,因为有所谓的夸克禁闭理论。质子和中子都是有三个夸克构成,由于量子场论中粒子数可以不守恒,因此组成中子的三个夸克中的一个d夸克可以衰变为u夸克,中子就变成质子了。但是粒子物理标准模型肯定不是物理学的终结,有许多没有得到实验验证的理论认为夸克也是非基本粒子。

例如,在超弦理论中,夸克是由开弦组成的。从实验上讲,目前世界上最大的对撞机是位于欧洲核子中心的LHC大型强子对撞机。在实验中,他们没有发现夸克可以被细分,目前也没有打破夸克禁闭的证据。中国高能物理学界最近提出了建造巨型对撞机的计划。也许那时会发现一些新的物理现象,这样我们就能更多地了解夸克。关于中国版巨型对撞机的进展,我在2017年6月2日与王院士进行了一次小小的讨论。请看下图。如果中国将来能建造一个新的巨型对撞机sppc,那么我们也许能在20年后完全回答这个问题。夸克可以细分吗?

文章TAG:夸克物理怎么样物理夸克意义基础研究

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