物理相对原子质量的公式(物理冷知识已知最小的质量单位不是原子)

对于这个问题,我将在第二段到最后一段的内容中快速给出答案。在此之前,我会先给行外人士介绍一点相关背景。

物理相对原子质量的公式(物理冷知识已知最小的质量单位不是原子)(1)

夸克是组成质子和中子(及其它许多粒子)的粒子,它们通过强相互作用结合在一起。像电磁力一样,强相互作用对一种电荷起作用,但是在这种情况下有三种不同的电荷。电荷仅由正负电荷组成,强相互作用的电荷由正红、负红、正蓝、负蓝、正绿和负绿(更一般地被称为红色,反红色,蓝色,反蓝色,绿色,反绿色)组成,这种电荷被称为色荷。(红色、绿色和蓝色只是选取的标记,我们本来也可以用Moe、Larry和Curly来给他们命名,使用颜色标记的好处在下面的叙述中表现得很明显)。

物理相对原子质量的公式(物理冷知识已知最小的质量单位不是原子)(2)

所有被观察到的粒子都是没有颜色的。就像你可以将一个带负电的电子和一个带正电的质子结合组合成一个氢原子那样,你也可以将一个红色夸克和一个反红色夸克结合组成一个没有颜色的粒子。由红色、蓝色和绿色夸克组成的粒子也是没有颜色的(对于反红色、反蓝色、反绿色夸克来说也是这样),就像红色、蓝色和绿色组合的滤光片不允许任何颜色的光通过,因此选择了颜色作为这些粒子的标记。

物理相对原子质量的公式(物理冷知识已知最小的质量单位不是原子)(3)

事实上,关于观测到的粒子颜色特性我们可以谈论更多。除了无色以外,它们也必须在SU(3)变换中保持不变(为了弄清楚这是什么意思,想象一下可以使三角形保持不变的旋转。你会发现旋转120度、240度、360度都会使它保持原状。这些变换是另一组被称为SO(3)变换的组成部分。SO(3)变换与SU(3)变换相关)。这些粒子在SU(3)变换下的对称性使之被称为SU(3)夸克模型。当然,我还没告诉你这事实上意味着什么,为了了解这些,你应该读一本介绍粒子物理学的书。(只是为了扰乱你的思路,事实上SU(3)有另一种对称性与夸克相关,是口味之间的而不是颜色之间的,但它只是大概的,并且它只是对于三种最轻的夸克口味来说接近正确)。

物理相对原子质量的公式(物理冷知识已知最小的质量单位不是原子)(4)

顺便谈一下,你可能会想,如果质子和中子是无色的,在原子核中它们是如何通过强相互作用结合在一起的。在电磁学中我们可以发现类似的现象:有时候中性分子可以通过范德瓦尔斯作用结合在一起,这是电磁性的。这种现象是由于正负电荷分离,无法完全抵消。然而强相互作用的情形有一点不同。强相互作用用于产生一种被称为Π介子的粒子,它传递复合粒子之间的力。

物理相对原子质量的公式(物理冷知识已知最小的质量单位不是原子)(5)

夸克模型

在粒子物理中,夸克模型是强子就它们的价夸克而言的分类方案,价夸克是产生强子量子数的夸克和反夸克。夸克模型是flavor SU(3)或者说八重法的基础,八重法是成功囊括了1950年到1960年间发现的大量较轻的强子的分类方案。它在19世纪60年代晚期得到了实验的证实,并且是目前有效应用的一种分类方式。夸克模型在1964年由物理学家Murray Gell-Mann和George Zweig独立地提出。现在,这个模型基本上被吸收为已建立的强力和电弱粒子相互作用的量子场理论的一个组成部分,被称为标准模型。

物理相对原子质量的公式(物理冷知识已知最小的质量单位不是原子)(6)

上图:伪标量介子九重态。八重态的组成部分用绿色表示,而单态则用品红色表示。八重道这个名字就是从这个分类中推论出来的。

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