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原子核的體積很小，直徑一般在10-15米～10-14米左右，核內(nèi)質(zhì)子相互排斥，由于核子間存在強(qiáng)大的核力，核子才能緊密結(jié)合成為穩(wěn)定的原子核。 正是由于核子間存在強(qiáng)大的核力，核子結(jié)合成原子核時(shí)要放出一定的能量。 核子結(jié)合成原子核時(shí)放出的能量叫做原子核能，簡(jiǎn)稱核能(nuclear energy)。例如2個(gè)中子和2個(gè)質(zhì)子結(jié)合成氦核時(shí)要放出28.37兆電子伏(MeV)的能量。 夸克 quark 20世紀(jì)60年代，美國(guó)物理學(xué)家默里·蓋爾曼和G.茨威格各自獨(dú)立提出了中子、質(zhì)子這一類強(qiáng)子是由更基本的單元——夸克(quark)組成的，很多中國(guó)物理學(xué)家稱其為“層子”。它們具有分?jǐn)?shù)電荷，是電子電量的2/3或-1/3倍，自旋為1/2.夸克一詞是蓋爾曼取自J·喬埃斯的小說(shuō)《芬尼根徹夜祭》的詞句“為馬克檢閱者王，三聲夸克”．夸克在該書(shū)中具有多種含義，其中之一是一種海鳥(niǎo)的叫聲．他認(rèn)為，這適合他最初認(rèn)為“基本粒子不基本、基本電荷非整數(shù)”的奇特想法，同時(shí)他也指出這只是一個(gè)笑話，這是對(duì)矯飾的科學(xué)語(yǔ)言的反抗．另外，也可能是他喜歡鳥(niǎo)類的原因． 最初解釋強(qiáng)相互作用粒子的理論需要三種夸克，叫做夸克的三種味，它們分別是上夸克(up,u)、下夸克(down,d)和奇異夸克(strange,s)。1974年發(fā)現(xiàn)了J/ψ粒子，要求引入第四種夸克粲夸克(魅夸克)(charm,c)。1977年發(fā)現(xiàn)了Υ粒子，要求引入第五種夸克底夸克(bottom,b)。1994年發(fā)現(xiàn)第六種夸克頂夸克(top,t)，人們相信這是最后一種夸克。 夸克理論認(rèn)為，所有的重子都是由三個(gè)夸克組成的，反重子則是由三個(gè)相應(yīng)的反夸克組成的。比如質(zhì)子(uud)，中子(udd)?？淇死碚撨€預(yù)言了存在一種由三個(gè)奇異夸克組成的粒子(sss)，這種粒子于1964年在氫氣泡室中觀測(cè)到，叫做負(fù)ω粒子。 夸克按其特性分為三代，如下表所示： 符號(hào) 中文名稱 英文名稱 電荷(e) 質(zhì)量(GeV/c^2) u 上夸克 up +2/3 0.004 d 下夸克 down -1/3 0.008 c 粲(魅)夸克 charm +2/3 1.5 s 奇夸克 strange -1/3 0.15 t 頂夸克 top +2/3 176 b 底夸克 bottom -1/3 4.7 在量子色動(dòng)力學(xué)中，夸克除了具有“味”的特性外，還具有三種“色”的特性，分別是紅、綠和藍(lán)。這里“色”并非指夸克真的具有顏色，而是借“色”這一詞形象地比喻夸克本身的一種物理屬性。量子色動(dòng)力學(xué)認(rèn)為，一般物質(zhì)是沒(méi)有“色”的，組成重子的三種夸克的“顏色”分別為紅、綠和藍(lán)，因此疊加在一起就成了無(wú)色的。因此計(jì)入6種味和3種色的屬性，共有18種夸克，另有它們對(duì)應(yīng)的18種反夸克。 夸克理論還認(rèn)為，介子是由同色的一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成的束縛態(tài)。例如，日本物理學(xué)家湯川秀樹(shù)預(yù)言的[[π+介子]]是由一個(gè)上夸克和一個(gè)反下夸克組成的，π-介子則是由一個(gè)反上夸克和一個(gè)下夸克組成的，它們都是無(wú)色的。 除頂夸克外的五種夸克已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)它們的存在，華裔科學(xué)家丁肇中便因發(fā)現(xiàn)粲夸克而獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。近十年來(lái)高能粒子物理學(xué)家的主攻方向之一是頂夸克 (t)。 至于1994年最新發(fā)現(xiàn)的第六種“頂夸克”，相信是最后一種，它的發(fā)現(xiàn)令科學(xué)家得出有關(guān)夸克子的完整圖像，有助研究在宇宙大爆炸之初少于一秒之內(nèi)宇宙如何演化，因?yàn)榇蟊ㄗ畛醍a(chǎn)生的高熱，會(huì)產(chǎn)生頂夸粒子。 研究顯示，有些恒星在演化末期可能會(huì)變成“夸克星”。當(dāng)星體抵受不住自身的萬(wàn)有引力不斷收縮時(shí)，密度大增會(huì)把夸克擠出來(lái)，最終一個(gè)太陽(yáng)大小的星體可能會(huì)萎縮到只有七、八公里那么大，但仍會(huì)發(fā)光。 夸克理論認(rèn)為，夸克都是被囚禁在粒子內(nèi)部的，不存在單獨(dú)的夸克。一些人據(jù)此提出反對(duì)意見(jiàn)，認(rèn)為夸克不是真實(shí)存在的。然而夸克理論做出的幾乎所有預(yù)言都與實(shí)驗(yàn)測(cè)量符合的很好，因此大部分研究者相信夸克理論是正確的。 1997年，俄國(guó)物理學(xué)家戴阿科諾夫等人預(yù)測(cè)，存在一種由五個(gè)夸克組成的粒子，質(zhì)量比氫原子大50％。2001年，日本物理學(xué)家在SP環(huán)－8加速器上用伽馬射線轟擊一片塑料時(shí)，發(fā)現(xiàn)了五夸克粒子存在的證據(jù)。隨后得到了美國(guó)托馬斯·杰裴遜國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室和莫斯科理論和實(shí)驗(yàn)物理研究所的物理學(xué)家們的證實(shí)。這種五夸克粒子是由2個(gè)上夸克、2個(gè)下夸克和一個(gè)反奇異夸克組成的，它并不違背粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型。這是第一次發(fā)現(xiàn)多于3個(gè)夸克組成的粒子。研究人員認(rèn)為，這種粒子可能僅是“五夸克”粒子家族中第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的成員，還有可能存在由4個(gè)或6個(gè)夸克組成的粒子。 夸克是目前物理學(xué)中公認(rèn)的最小的物質(zhì)單位了，不能再分了，可是夸克是否存在至今科學(xué)家還在爭(zhēng)論呢 人們一般都認(rèn)為：物質(zhì)是由分子構(gòu)成的，分子是由原子構(gòu)成的，原子是由電子、質(zhì)子、中子等基本粒子組成的，而基本粒子則是由比基本粒子更基本的亞粒子組成的。亞粒子也就是人們常說(shuō)的“夸克”或 “層子”。 |
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