著者：黃姤

「誇克」是什麽？

「誇克」，就是組成我們(men) 這個(ge) 世界的最基本的粒子，至少目前物理學家認為(wei) 是這樣的，萬(wan) 事、萬(wan) 物的底層是原子，原子的內(nei) 部有原子核和外麵的電子，原子核又是由質子和中子組成的，但是這樣的一個(ge) 問題又可以追問下去--質子和中子又是如何構成的？

答案就是：「誇克」。

質子和中子都各自是由3個(ge) 誇克結合在一起形成的，誇克非常小，它的尺度令人難以置信，誇克的半徑和質子相比要小2000倍，而質子的半徑大約是沙粒半徑的2.4萬(wan) 億(yi) 分之一，所以這是一個(ge) 極其渺小的存在，它和電子以及其他的輕子一樣，是不可以再分割的，也就是說到目前為(wei) 止，據所建立的物理星空体育官网入口网站，「誇克」以下不再有別的結構。

「誇克」是在1964年最早由加州理工學院的理論物理學家默裏·蓋爾曼（1929年9月15日—2019年5月24日）和另外的一位同事茲(zi) 威格各自獨立提出的，他們(men) 當時正在研究質子和中子，發現要想解釋這兩(liang) 種粒子的有一些物理性質，隻能認為(wei) 它們(men) 的內(nei) 部還有更小的粒子就是誇克。「誇克」這個(ge) 有趣的名字正是蓋爾曼提出的。到了1967年~1973年間，人們(men) 終於(yu) 在斯坦福加速器中心進行了實驗，驗證了「誇克」的真實存在。

「誇克」有一個奇異的性質

你可以探測它，可以觀察它，但是卻不能把它們(men) 單獨的取出來，誇克和電子都是基本粒子，但電子是很基本的一個(ge) 單元，我們(men) 不僅(jin) 可以觀察電子，也可以獨立的取出電子，甚至操縱電子，但是對於(yu) 誇克這是做不到的。我們(men) 不可以從(cong) 原子核的質子或中子當中拿出一個(ge) 獨立的誇克，這一點是做不到的，這個(ge) 現象叫做「誇克禁閉」。

既然誇克是禁閉的，我們(men) 又如何觀察它？

可以用別的粒子來作為(wei) 道具，測量道具就是——電子。

電子在加速器上獲得巨大的速度，直接深入到粒子的內(nei) 部可以探測到原子核的深處，這樣原子核內(nei) 部結構的誇克就可以和電子發生相互作用，當我們(men) 從(cong) 外麵看到了電子的行為(wei) 的時候，就可以反向推測出原子核內(nei) 部的誇克的性質和結構。這就好比說原子核像一個(ge) 核桃，核桃非常的堅硬，我們(men) 永遠沒有辦法把它打開，但是我們(men) 可以把它放在CT掃描儀(yi) 上，通過斷層掃描看到裏麵的情況，大體(ti) 上誇克就是這樣被識別出來的。

除了「誇克禁閉」，誇克還有一些非常奇異的地方

「誇克」具有分數電荷，也就是說上麵帶的電荷單位不是整數的，不是1或者-1，而是1/3、2/3這樣的分數單位。

「誇克」按照質量從(cong) 大到小排列一共有6種類型，物理學家把它稱為(wei) 「味·flavor」，大家不要誤會(hui) ，不是日常生活當中吃到的苦、辣、酸、甜、鹹，這隻是一個(ge) 比喻而已，用它來形容誇克的質量屬性。

「誇克」還有另外一種更加奇怪的屬性，物理學家們(men) 隻好再去找一個(ge) 詞來形容，最後他們(men) 找到的這個(ge) 詞匯叫「顏色·color」。「誇克」是有色彩的，這個(ge) 色彩同樣不是我們(men) 日常生活中看到的紅紅綠綠，它隻是一種比喻，比喻 誇克的一類性質，術語上叫做「色荷」，引入色屬性就是為(wei) 了來解釋或形象的比喻誇克的顏色禁閉。

誇克的類型

誇克有6種類型，其中哪一種類型還對應著一個(ge) 反粒子，也就是「反誇克」，故此是12種情況，在這12種情況裏邊，人們(men) 發現有一些誇克可以組合在一起形成穩定的存在，而另外一些是無論如何不能放在一起的。

物理學家為(wei) 了描述誇克分組結合的這種定向規律，就引入了「色荷」屬性，誇克的色有3種：紅、綠、藍，而它們(men) 的反粒子也就是「反誇克」對應的是反紅、反綠、反藍。在「色荷」力學當中，物理學家們(men) 規定誇克組合在一起，隻有當它們(men) 的「色荷」最後濃縮的結果是白色或者說是無色的情況下才能夠存在。紅、綠、藍是三原色，所以當具有紅色色荷、藍色色荷和綠色色荷的三個(ge) 誇克合在一起的時候，就可以認為(wei) 它們(men) 是白色或者是沒有顏色，它們(men) 就能穩定的存在。

另外一種情形是正誇克和反誇克。正紅、反紅或者是正綠、反綠這樣的顏色組合在一起的時候也認為(wei) 是無色的，隻有無色的組合才可以最後存在，凡是搭配在一起出現了顏色誇克就不能存在，這叫做「誇克顏色禁閉」。

連接誇克的膠水

質子和中子是最穩定的由誇克結合形成的粒子，它們(men) 剛好都是由3個(ge) 三原色誇克形成的穩定組，正是因為(wei) 誇克不能顯示單獨的顏色，所以我們(men) 永遠無法從(cong) 原子核當中取出一個(ge) 獨立的誇克，誇克的微小和它蘊藏能量的巨大形成了一對矛盾，後來在此基礎上，物理學家們(men) 提出誇克的連接需要一種強力的膠水，這種膠水也是一種粒子，叫做「膠子」。

膠子就是強相互作用力的提供者，簡單地說就是它們(men) 把誇克綁在一起，膠子也有許多奇妙的特征，比如一種叫做「膠子飽和」的現象，當兩(liang) 個(ge) 質子和兩(liang) 個(ge) 重離子以很高的能量碰撞的時候，在它們(men) 中間的某個(ge) 區域會(hui) 出現高密度的膠子，這是非常值得探測的，原因在於(yu) 這個(ge) 時候的膠子會(hui) 表現出一種整體(ti) 一致性的行為(wei) 屬性，這一點就像是我們(men) 在早高峰或晚高峰搭乘地鐵一樣，整個(ge) 車廂裏塞了人，這個(ge) 時候一旦有一個(ge) 人摔倒，周圍的人即使不挨著他，也可以感覺到他的動作，原因是大夥(huo) 密密麻麻地緊密排列在一起，所有的動作都可以傳(chuan) 播開來，這樣的高密度的致密性使得整個(ge) 膠子區域像一塊玻璃，所以它也叫做「色玻璃凝聚態」，這正是實驗物理學家當前最關(guan) 注的一個(ge) 觀測現象，假如我們(men) 能夠在大型對撞機上找到這樣的凝聚態，這一定是一個(ge) 偉(wei) 大的發現，而這一點也是關(guan) 於(yu) 誇克最大的未解謎題之一。

當然說到謎題，大夥(huo) 的心中一定還有一個(ge) 問題想問的——都說誇克是最基本的粒子，那誰來保證這一點，誇克的內(nei) 部還會(hui) 不會(hui) 存在更精細的結構呢？

對此我隻能告訴您——物理學不知道答案。