比夸克还小的是什么?
比夸克还小的粒子尚未人类发现,不过应该是上帝粒子即希格斯玻色子,是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子(有异议),不带电荷、色荷,极不稳定,生成后会立刻衰变。
这个陌生的粒子将是我们理解宇宙起源最重要的一个密码,因为它赋予其他物质以质量。
根据标准模型,宇宙诞生时出现了62种粒子和四种力,但是这些粒子大部分转瞬即逝,只有质子、中子和电子才构成了今天的物质。
其余61个粒子在半个世纪中被人们陆续发现,它们都证实了标准模型,但这个理论只剩最后一块拼图,这块拼图就是希格斯玻色子。
为了说明“上帝粒子”的重要性,物理学家希格斯创建了一个特别的概念“希格斯场,希格斯认为,在宇宙大爆炸过程中,形成一种无形却到处存在的场,上帝粒子就存在于这个场内。
当有些粒子与上帝粒子遭遇时,它们会降低速度,获得质量,而另一些粒子则会不受阻碍地继续前进。
如果这个假设为真,那标准模型就可以得到彻底的验证,而如果不存在上帝粒子的话,这个“完美”的标准模型显然出了问题,理论学家需要重新书写整个理论。
截止2021年,目前为止还没有发现比夸克还小的粒子。夸克是一种参与强相互作用的基本粒子,也是构成物质的基本单元。
夸克有着多种不同的内在特性,包括电荷、色荷、自旋及质量等。在粒子物理的标准模型中,夸克是唯一一种能经受全部四种基本相互作用(电磁、引力、强相互作用及弱相互作用)的基本粒子。另外,夸克也是现在已知唯一一种基本电荷为非整数的粒子。
夸克的每一种味都有一种对应的反粒子,叫反夸克,它跟夸克的不同之处只在于它的一些特性跟夸克大小一样但符号不同。
性质
电荷
夸克的电荷值为分数—基本电荷的+2⁄3倍或-1⁄3倍,随味而定。上、粲及顶夸克(这三种叫“上型夸克”)的电荷为+2⁄3,而下、奇及底夸克(这三种叫“下型夸克”)的电荷则为−1⁄3。反夸克与其所对应的夸克电荷相反:上型反夸克的电荷为−2⁄3,而下型反夸克的电荷则为+1⁄3。
由于强子的电荷为组成它的夸克的电荷总和,所以所有强子的电荷均为整数:三个夸克的组合(重子)、三个反夸克(反重子)或一个夸克配一个反夸克(介子)加起来电荷值都是整数。例如,组成原子核的强子—中子和质子—其电荷分别为0及+1。中子由两个下夸克和一个上夸克组成,而质子则由两个上夸克和一个下夸克组成。
自旋
自旋是基本粒子的一种内禀特性,它的方向是一个重要的自由度。在图像化时,有时它会被视为一个沿着自己的中轴转动的物体(所以名叫“自旋”)。但是由于科学家们认为基本粒子应是点粒子,所以上述这个看法有一定的误导性。
自旋可以用矢量来代表,其长度可用约化普朗克常数ћ来量度。量度夸克时,在任何轴上量度自旋的矢量分量结果均为+ħ/2或−ħ/2,因此夸克是一种自旋1⁄2粒子。
沿某一轴(惯例上为z轴)上的旋转分量,一般用上箭头↑来代表+1⁄2,下箭头↓来代表−1⁄2,然后在前加上味的符号。例如,一自旋为+1⁄2的上夸克可被写成u↑。