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宇宙中可能潜藏着奇异粒子的“夸克铵谱”,为什么我们找不到它们呢?

如你所料,强大的核力量确实是一种非常强大的力量。它是如此强大,它能够把宇宙中一些最微小的粒子拖到一起很长一段时间,可能永远拖到一起。被强大力量束缚的粒子构成了我们日常生活的基石:质子和中子。但是如果你切开一个质子或中子,你不会发现一个很好的,简单的亚原子粒子排列。相反,你会看到宇宙中最复杂力量之一的令人厌恶的内部结构。

质子和中子并不是强大力量能够制造的唯一东西,但我们并不真正理解其他更复杂和奇异的排列。更重要的是,即使我们的观察和实验本身也很粗略。但是物理学家们正在努力拼凑出对这种基本自然力的洞察。

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强大而复杂的

来描述这种强大的力,最好将其与更著名的同类电磁力进行对比。有了电磁力,事情变得简单、容易和直接;以至于19世纪的科学家们基本上都能搞清楚。在电磁力的作用下,任何粒子只要具有电荷的性质就可以加入其中。如果你有这个电荷,你就会感觉到并对电磁力作出反应。各种各样的粒子都带着电荷,就像你的花园里的各种电子。

另一个粒子,光粒子(也称为光子),负责把电磁力从一个带电粒子传送到另一个带电粒子。光子本身没有电荷,也没有质量。它以光速传播,在宇宙中来回摆动,使电磁现象发生。

电荷。电磁力的单一载体。简单,直接。

相反,有六个粒子受到强大的核力。作为一个整体,它们被称为夸克,有足够奇怪的名字,如上,下,上,下,奇怪和魅力。为了感受和回应强大的核力,这些夸克有自己的电荷。它不是电荷(虽然它们也有电荷,也能感受到电磁力),但由于各种原因,使事情变得非常混乱,物理学家称这种与强核力相关的特殊电荷为彩色电荷。

夸克可以有三种颜色之一,称为红色,绿色和蓝色。为了澄清,它们并不是真正的颜色,只是我们给这个奇怪的,类似电荷的性质贴上标签。

所以,夸克感受到了强大的力量,但它是由一大堆其他粒子携带的——确切地说,是8个。他们被称为胶子,他们做得非常好…等等…把夸克粘在一起。胶子也碰巧有能力和欲望携带自己的颜色电荷。它们有质量。

6夸克,8胶子。夸克可以改变它们的颜色电荷,而胶子也可以,因为为什么不。

这一切都意味着强大的核力远比它的电磁表亲复杂和复杂。

奇怪的强大

好吧,我撒谎了。物理学家之所以称夸克和胶子的这种性质为“彩色电荷”,并不仅仅是因为他们喜欢它,而是因为它可以作为一个有用的类比。胶子和夸克可以结合在一起形成更大的粒子,只要所有的颜色加起来是白色的,就像红色、蓝色和绿色的光加起来是白色的一样。最常见的组合是三个夸克,分别是红色、绿色和蓝色。但是这里的类比有点棘手,因为每个夸克可以在任何时候有任何颜色分配给它;重要的是获得正确组合的夸克数量。所以你可以有三个夸克组成的小组来 ... 熟悉的吨和中子。你也可以用一个夸克和它的反夸克结合,在那里颜色和它自己抵消(比如,绿色对和反绿色对,不,我不只是在我继续的时候做这个),来制造一种被称为介子的粒子。

但它不在那里结束。

理论上,夸克和胶子的任何组合加起来都是白色的,这在技术上是允许的。

例如,两个介子——每个介子内部都有两个夸克——可能结合在一起形成一个称为四夸克的东西。在某些情况下,你可以在混合物中加入第五个夸克,仍然平衡所有的颜色,称为(你猜的)五夸克。

四夸克甚至不必在一个粒子中被技术上结合在一起。它们可以简单地存在于彼此附近,产生所谓的氢化分子。“KdSPE”“KdSPS”和它是多么疯狂:胶子本身甚至不需要夸克来制造粒子。宇宙中可能有一团胶子,相对稳定。他们叫胶球。强核力所允许的所有可能束缚态的范围称为夸克铵谱,这不是科幻电视剧作家编造的名字。存在夸克和胶子可能存在的各种疯狂的潜在组合。“KdSPE”“KDSPs”,它们是这样吗?

“夸克彩虹”

“也许吧”,

物理学家已经进行了几十年的强核力实验,比如Baber实验和大型强子对撞机上的一些实验,多年来慢慢地积累到更高的能量水平,以探索越来越深入的夸克铵光谱(是的,你确实得到我的许可,可以在任何句子或随意的谈话中使用这个短语,真是太棒了)。在这些实验中,物理学家发现了许多奇异的夸克和胶子 ... 。实验者给了他们一些古怪的名字,比如“C2 C2(3930)”。“KDSPE”“KDSPs”这些奇异的潜在粒子只是快速存在,但在很多情况下确实存在。但是物理学家们很难把这些短暂产生的粒子连接到我们认为应该存在的理论上,比如四夸克和胶球。“KdSPE”“KdSPS”的问题是数学很难。与电磁力不同的是,要做出包含强大核力的可靠预测是非常困难的。这不仅仅是因为夸克和胶子之间复杂的相互作用。在非常高的能量下,强大的核力的强度实际上开始减弱,使得数学简化。但是在较低的能量下,就像把夸克和胶子结合起来形成稳定粒子所需要的能量,强大的核力实际上非常强大。这种强度的增加使得数学计算变得更加困难。

理论物理学家已经提出了一系列技术来解决这个问题,但这些技术本身要么不完整,要么效率低下。虽然我们知道这些夸克族光谱中的一些奇异态存在,但是很难预测它们的性质和实验特征。“KdSPE”“KdSPS”仍然是,物理学家正在努力工作,就像他们总是那样。慢慢地,随着时间的推移,我们正在积累在对撞机中产生的奇异粒子的 ... ,并对理论夸克态应该是什么样子做出越来越好的预测。火柴正慢慢地聚集在一起,给我们一个更完整的宇宙中这种奇怪但基本的力量的画面。

保罗M萨特是俄亥俄州立大学的天体物理学家,主持《问一个太空人和太空无线电》,《你在宇宙中的位置》一书的作者,18次量子粒子的

让我们在“活生生的科学怪诞物理学”中大开眼界:粒子为什么有味道?|活生生的科学奇怪的夸克和介子,哦天哪!自然界最小的粒子

最初发表在《生命科学》杂志上

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