一種研究夸克的新方法已經被提出
一種研究夸克(構成原子核中質子和中子的基本粒子)的新方法已經被提出,這種創新的方法以前從未被嘗試過,可以為物理學中的許多基本問題提供答案,特別是物質中質量的起源。
夸克是基本粒子,是物質的基本組成部分。它們是我們所知的最小的東西,並不是由任何更小或更簡單的東西組成的。夸克有六種不同的”口味”:up, down, charm, strange, top與bottom。它們在自然界中從未被單獨發現,而是總是與其他夸克結合在一起,形成原子核中的質子和中子,以及其他亞原子粒子如介子。夸克被認為是質子和中子的組成部分,它們構成了宇宙中的大部分物質。
對物質的研究似乎有點像打開一疊俄羅斯的馬特羅什卡娃娃(套娃),每一層都揭示了另一個熟悉的,但不同的,比前一層更小和更難探索的組件排列。在我們的日常規模中,我們有可以看到和触摸的物體。無論是玻璃中的水還是玻璃本身,這些大多都是分子的排列,小到無法看到。物理學工具、顯微鏡、粒子加速器等等,讓我們更深入地觀察,發現分子是由原子構成的。但這並沒有停止–原子是由一個被電子包圍的原子核構成的。
而原子核又是核子(質子和中子)的排列,它賦予原子以特性和質量。但它也沒有結束;核子還由不太熟悉的東西組成,即夸克和膠子。而正是在這個規模上,我們對基礎物理學知識的限制出現了障礙。至於探索夸克和膠子,它們最好必須相互隔離;然而,目前,這似乎是不可能的。當粒子加速器粉碎原子並創造出原子碎片雨時,夸克和膠子再次結合的速度太快,研究人員無法詳細地探索它們。來自東京大學物理系的新研究表明,我們很快就能打開馬特羅什卡娃娃的下一層。
“為了更好地了解我們的物質世界,我們需要做實驗,為了改進實驗,我們需要探索我們做事的新方法,”福島健二教授說。”我們已經概述了一種可能的方法來確定負責夸克禁閉的機制。這一直是物理學中的一個長期問題,如果實現的話,可以揭開關於物質和宇宙結構的一些深層奧秘。”
亞原子夸克的質量小得令人難以置信:一個核子中的夸克加起來佔總質量的不到2%,膠子似乎完全沒有質量。因此,物理學家建議,大部分的原子質量實際上來自夸克和膠子的結合方式,而不是來自這些東西本身。它們被所謂的強力所束縛,這是自然界四種基本力量之一,包括電磁力和引力,而且人們認為強力本身就賦予了核子以質量。這是一個被稱為量子色動力學(QCD)的理論的一部分,其中”chromo”來自希臘語,表示顏色,這就是為什麼有時會聽到夸克被稱為紅色、綠色或藍色,儘管事實上它們是無色的。
福島說:”嚴格證明強力產生質量仍然遙不可及。障礙在於QCD描述事物的方式使理論計算變得困難。我們的成就是證明,在一組特殊的情況下,強作用力可以實現夸克的封閉。我們通過將夸克的一些觀察到的參數解釋為一個新的變量,我們稱之為虛角速度。雖然在本質上是純粹的數學,但它可以被轉換回我們可以控制的真實數值。一旦我們學會如何將我們的想法轉化為實驗,這應該會導致實現快速旋轉夸克物質的異國狀態的手段。”