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夸克（英语：quark）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。夸克互相结合，形成一种复合粒子，叫强子。强子中最稳定的是质子和中子，它们是构成原子核的单元。由于一种叫“夸克禁闭”的现象，夸克不能够直接被观测到，或是被分离出来，只能够在强子里面找到。基于这个原因，我们对夸克的所知大都是间接的来自对强子的观测。
中文名
夸克
外文名
quark
理论提出者
默里·盖尔曼和G.茨威格
名称来源
《芬尼根的守灵夜》的词句
证实机构
斯坦福直线加速器中心（SLAC）
被作用力
强力、弱力、电磁力、引力
上夸克质量
1.7 to 3.3（ MeV/c2）
下夸克质量
4.1 to 5.8（ MeV/c2）
粲夸克质量
1,270+70−90（ MeV/c2）
奇夸克质量
101+29−21（ MeV/c2）
顶夸克质量
172,000±900 ±1,300（ MeV/c2）
底夸克质量
4,190+180−60（ MeV/c2）
种类
我们已知的夸克有六种。夸克的种类被称为“味”，它们是上（u）、下（d）、奇（s）、粲（c）、底（b）及顶（t）。上及下夸克的质量是所有夸克中最低的。较重的夸克会通过一个叫粒子衰变的过程，来迅速地变成上或下夸克。粒子衰变是一个从高质量态变成低质量态的过程。就是由于这个原因，上及下夸克一般来说很稳定，所以它们在宇宙中很常见，而奇、粲、顶及底则只能经由高能粒子的碰撞产生（例如宇宙射线及粒子加速器）并很快衰变。
特性
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。
由夸克构成的强子根据其自旋可以分为重子（自旋为半奇数）和介子（自旋为整数）。所有的重子，比如质子和中子，都是由三个夸克组成的（反重子则是由三个反夸克组成的）。质子由两个上夸克和一个下夸克组成，中子是由两个下夸克和一个上夸克组成。而所有的介子都是由一对正–反夸克构成。
提出
上世纪5、60年代实验上观测到200多个强子。因此，探索如此大数目强子可能的内部结构并建立它们的“元素周期表”成为当时粒子物理学家思考的问题。正是这些探索导致了夸克概念的提出。早在1949年，费米（E. Fermi）和杨振宁（C. N. Yang）首先尝试用质子和反质子、中子和反中子等来解释π介子 。但费米–杨模型不能很好地解释奇异粒子，因为p和n都不是奇异粒子，所以由它们也就不可能构成奇异粒子。接着，日本物理学家坂田昌一（S. Sakata）提出了强子的复合模型 。该模型认为所有强子都由三种更为“基本”的粒子所构成，这三种基本粒子是质子、中子和一种奇异粒子亦即Λ粒子。坂田模型在解释强相互作用粒子或又称为强子中的介子家族（如π、Κ）的分类和有关性质上是高度地获得成功的。但是，将坂田模型应用于研究强子中的重子家族，其结果却不很理想。基于当时的一些进展，1964年，美国物理学家默里·盖尔曼和乔治·茨威格各自独立提出了强子的夸克模型 [3-4] 。在这一模型中子、质子这一类强子是由更基本的单元—quark组成的。它们具有分数电荷，是基本电量的+2/3或-1/3倍，自旋为1/2。其空间尺度是微观粒子中最小的，大约小于10的-19次方米。在最初的夸克模型中，用上、下和奇这三种夸克及其反粒子就可以解释当时已发现的强子并且预言了Ω并很快被实验所观测到。夸克模型在建立之初并没有什么能证实夸克存在的物理证据，直到1968年SLAC开发出深度非弹性散射实验为止。实验上已经观测到六味夸克，而最早于1995年在费米实验室被观测到的顶夸克，是最后发现的一种 [5-6] 。
名称来源
夸克一词是盖尔曼取自詹姆斯·乔伊斯的小说《芬尼根的守灵夜》的词句“向麦克老人三呼夸克（Three quarks for Muster Mark）”。无非是指一个质子中有三个夸克。另外夸克在该书中具有多种含义，其
由二个上夸克及一个下夸克所构成的质子
由二个上夸克及一个下夸克所构成的质子
中之一是一种海鸟的叫声。他认为，这适合他最初认为“基本粒子不基本、基本电荷非整数”的奇特想法，同时他也指出这只是一个笑话，这是对矫饰的科学语言的反抗。另外，也可能是出于他对鸟类的喜爱。 [7]
盖尔曼原本想用鸭的叫声来命名夸克。开始时他并不太确定自己这个新词的实际拼法，直到他在詹姆斯·乔伊斯小说《芬尼根守灵夜》里面找到“夸克”这个词：
向麦克老人三呼夸克！
——《芬尼根守灵夜》，詹姆斯·乔伊斯
盖尔曼在其著作《夸克与美洲豹》中，更详细地述说了夸克这个词的由来：
在1963年，我把核子的基本构成命名为“夸克”（quark），我先有的是声音，而没有拼法，所以当时也可以写成“郭克”（kwork）。不久之后，在我偶尔翻阅詹姆斯·乔伊斯所著的《芬尼根守灵夜》时，我在“向麦克老大三呼夸克”这句中看到夸克这个词。由于“夸克”（字面上意为海鸥的叫声）很明显是要跟“麦克”及其他这样的词押韵，所以我要找个借口让它读起来像“郭克”。但是书中代表的是酒馆老板伊厄威克的梦，词源多是同时有好几种。书中的词很多时候是酒馆点酒用的词。所以我认为或许“向麦克老大三呼夸克”源头可能是“敬麦克老大三个夸脱”，那么我要它读“郭克”也不是完全没根据。再怎么样，字句里的三跟自然中夸克的性质完全不谋而合。
茨威格则用“埃斯”（Ace）来称呼他所理论化的粒子，但是在夸克模型被广泛接纳时，盖尔曼的用词就变得很有名。很多中国物理学家则称夸克为“层子”，在台湾地区亦曾翻译“亏子”，但并不普遍使用。
夸克味的命名都是有原因的。上夸克和下夸克被这样叫是源于同位旋的上、下两个分量，而它们确实各自带有这样一个量。奇夸克这个名字是因为它们是在宇宙射线的奇异粒子中被发现的。发现奇异粒子的时候还没有夸克理论，它们被视为“奇异”是因为它们的寿命不寻常地长。粲夸克的命名主要是来自美妙的对称性而得名。跟比约肯（James D. Bjorken）一起提出粲夸克的格拉肖（Sheldon L. Glashow）说过：“我们把它叫粲夸克是因为在构建它的过程中见到它为亚原子世界所带来的对称。我们被这种美迷住了，对成果感到很满意。”至于“顶”和“底”这两个名字，哈拉里（Haim Harari）决定这样做，是因为“它们是上夸克和下夸克逻辑上的伙伴”。以前，底夸克和顶夸克有时会分别被叫作“美”夸克和“真”夸克（它们用英文字母表示都为“b”和“t”，但这两个名字已经很少人会用了。 |
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发表于 2022-11-17 15:03
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