一、夸克之父——盖尔曼

我们现在都知道质子和中子6也并不是最小的粒子,它们都是由更基本的粒子夸克构成的 而很多人并不知道,提出夸克模型的是物理学家盖尔曼!

盖尔曼(1929 2019年),美国物理学家,1969年获得诺贝尔物理学奖。

强子夸克模型

1964年,盖尔曼提出了强子夸克模型。他认为质子和中子是由更基本的粒子夸克构成,它们带有分数电荷,如+2/3,-1/3。夸克遵循一种叫做夸克禁忌的准则,它不能单独存在,只能几个一起组成其他粒子,如质子和中子都是由三个夸克组成。

到后来,科学家相继总共发现了六种夸克,分别是上夸克和下夸克,顶夸克和底夸克,粲夸克和奇夸克,还有六种相应的反夸克。每种夸克又有三种色,分别是红、绿、蓝,这样总共就有36种不同的夸克。(这里所说的色不是我们看到的颜色,是区分夸克的一种方式。)

奇异数守恒

50年代,科学家发现了质量处于质子和电子之间的介子,后来又发现了超子,它们产生的快,消失的慢。刚开始人们无法解释它们,盖尔曼引入了一种新的量子数—奇异数,并且提出了奇异数守恒定律,这样成功的解释了这些粒子的性质,我们也把这种粒子成为奇异粒子。

1984年,盖尔曼与另外几位诺贝尔得主一起倡议建立了圣塔菲研究所,旨在进行多学科的复杂研究,它是一所没有围墙的研究所,进行了广泛的国际交流。

盖尔曼知识渊博,博学多才,能讲六七种语言,对于经典古籍也能信手拈来,并且他对于鸟类的分类达到了非常专业的水准。他极力宣传保护野生动物,保护环境,保护文化多样性。

二、盖尔曼简历

盖尔曼

盖尔曼(Murry Gell-Mann, 1929-)因对基本粒子的分类及其相互作用方面的卓越贡献,获得了1969年度诺贝尔物理学奖。

最初,电子、质子和中子被认为是基本粒子,所有物质都是由它们构成的。后来,在20世纪40-50年代,先在宇宙线事例中,后又在高能加速器中发现了一些新的不稳定粒子。其中,有些粒子(介子)的质量大约为电子质量的1000倍;有些具有10-10秒的长寿命,与所期望的强相互作用的寿命10-23秒相比,显得很“奇异”。盖尔曼(左图)发现几乎所有的已知粒子都可被分成族或多重态,而这些多重态又显示出与挪威数学家李研究过的李群表示相对应的几何图样。当把这些几何规律应用于粒子物理学时,就出现了一种既能解释多重态中粒子的性质,又能预言新粒子存在的理论,这有点类似于门捷列夫在构造元素周期表时所取得的成功。大约在1961年,盖尔曼和以色列物理学家尼曼彼此独立地发展了这种新理论,盖尔曼将它称为八重法(依据佛教关于八种正确的生活方式能免遭痛苦的劝说而命名)。按照称之为SU(3)群的数学结构,盖尔曼在定义了一个新量子数——奇异量子数S以后,将一些同位旋多重态组合成超多重态。1962年,盖尔曼据此预言存在质量为1532MeV和1679 MeV的粒子,1964年这两种粒子(分别称为S10和W-)均被发现了,这就突出了该理论的重要性。

为了进一步从理论上解释构成强子的组分粒子,盖尔曼在坂田模型和八重态方法的基础上于1964年提出了“夸克模型”的设想。按照这种模型,所有已知的基本粒子都是由三种更为基本的粒子——“夸克” 组成的。“夸克”一词,取自乔埃斯在《菲内根的觉醒》中所说的:“为马克王呼叫三声夸克!”。利用夸克模型,可以很好地解释重子的八重态、十重态以及介子的八重态。

三、夸克模型的介绍

夸克模型分别由默里·盖尔曼与乔治·茨威格于1964年独立地提出,夸克一词原指一种德国奶酪或海鸥的叫声。默里·盖尔曼当初提出这个模型时,并不企求能被物理学家承认,因而它就用了这个幽默的词。夸克模型是关于基本粒子或强子是由更基本的单元夸克所组成的设想。美国物理学家M. 盖尔曼认为强子由夸克组成。夸克有3种: 上夸克(u)、下夸克(d)、奇夸克( s)。3种夸克都有与之相对应的反夸克u、d、s。它们都有可观测的量子数: 夸克u、d、s的自旋数都是1/2,重子数都是1/3,电荷数分别为2/3、-1/3、-1/3,奇导数分别为0、0、1;反夸克u、d、s的自旋数与夸克相同,电荷数、重子数、奇异数则与夸克的符号相反。