夸克世界靠得越近越自由.pdf

科技前沿

年诺贝尔奖专题物理学奖
2004 年月 5 日瑞典皇家科学院宣布将年诺贝尔物理学奖授予美国科学家戴
维格罗斯戴维波利策和弗兰克维尔切克以表彰他们发现了夸克粒子的强相互
作用理论中的渐近自由现象
龚古尔/ 文
构成世界万物的最小粒子是什么自然界中到为强作用力会随着夸克间距离的增加而增大因
底存在着哪些力它们之间又是如何相互作用的此没有夸克能从原子核中向外跳移获得真正的自
这些是整个世纪乃至现在都困扰物理学家的难由通俗地说这一现象有点像拉一根具有弹性的
题今年的诺贝尔物理学奖就与此有关橡皮筋橡皮筋拉得越长其产生的力量越大人
拉起来也越费劲这便有些类似渐近自由的感觉
从不自由的单个夸克开始这种感觉似乎还和生活中男女朋友间距离产生
美有异曲同工之妙根据渐近自由理论强
物理学家们在研究夸克时却发现了一个奇特的作用力会随着夸克间距离的变小而减弱这意味
现象那就是从来没有发现过自由的单个夸克只着被强作用力约束在质子中子内部的夸克只
有2个或3个夸克组成的集合体才能处于自由状态有在彼此距离足够小的时候才能自由运动犹如
通常情况下夸克总是被约束在质子和中子内部一自由粒子而当夸克之间的距离增大时夸克间的
般的作用力例如重力或是电磁力都具有一个相同作用力就会变得越来越强夸克会紧密地结合在一
的特征即二者间的距离越近作用力越大距离起构成稳定的结构以至于强扭不出来让
越远之间的作用力越小然而夸克之间的力似乎科学家们发现不了它
并不这样原来夸克之间是通过交换一种叫做胶子的
近代物理学理论认为夸克是比质子和中子等媒介粒子而联系在一起不被分离的胶子有颜色
亚原子粒子更基本的物质组成单位夸克组成了质属性该属性称为色荷两个夸克交换胶子
子和中子中子和质子又组成了原子核最终形成的结果就是交换颜色
原子以及今天的万千世界现有的物理学理论还认所以物理学家们将夸克
为自然界中存在着引力电磁力强作用力和弱之间因交换胶子而形成的
作用力四种力其中夸克通过强作用力组成质子奇特作用力又称为色
和中子而这种强作用力主要通过另一种名为胶子力
的基本粒子来传递为了描述夸克间的
莫非是胶子从中作梗获得今年诺贝尔物理学这种色力物理学家们
奖的格罗斯波利策和维尔切克在年的论文中随后创立了量子色动
提出的渐近自由理论为此提供了解释力学量子色动力学
理论认为与电子带
与众不同的强作用力有电荷类似夸克和胶子带有色荷
这种色力或者说强作用力具有比电磁力重力等
三位科学家在上个世纪年代提出的理论认更为复杂更为奇特的作用方式胶子不仅能同夸
星际交流希望将读者意见调查表单独印成一张小纸要不剪下来时有些不忍心
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万方数据
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克发生相互作用还能在胶子之间发生作用形成胶
子团色力就是这样非比寻常和宏观物体之间的作
用力完全不一样它随着夸克之间距离的增大而增
大直至达到一个固定值这就是为什么夸克总被束
缚着没有单个夸克出现
可能蕴藏新能量
中科院理论物理研究所研究员认为每当我们打
开物质的一个层次时都会有很大的应用比如当我
们从分子到原子从原子到原子核我们可以利用核
能那么