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5 章 (第2/2页)

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的成分。

那么这个成分是什么呢?

虽然暂时还不知道是什么,但是可以推测这种物质的一些性质:电子只参与电磁相互作用与弱相互作用,既然电子无法探测到这种物质,那就说明这种物质电中性,也不参与电弱相互作用。

8、量子色动力学

电子-质子深度非弹性散射实验表明了质子内的部分子具有「渐进自由」的性质,简单地说,部分子之间越接近,强作用力越弱。当部分子之间非常接近时,强作用力是如此之弱,以便到它们完全可以作为自由粒子活动。

这种现象称为「渐近自由」(AsymptoticFreedom)。反之,部分子之间距离越大,强作用力就越强。

1973年,美国科学家格罗斯(DavidJonathanGross,1941-)、波利茨(HughDavidPolitzer,1949-)、威尔茨克(FrankWilczek,1951-)发现SU(3)色规范群下的非阿贝尔规范群具有渐进自由的性质,由此建立了描述强相互作用的理论——量子色动力学(QCD,QuantumChromodynamics)。他们也因此获得了2004年的诺贝尔物理学奖。

此处的「色」跟宏观中的「颜色」没有任何关系,是对微观粒子性质的一种描述,任何带有「色荷」的粒子都会参与强相互作用,犹如带「电荷」的粒子参与电磁相互作用一样。

图13:格罗斯,波利茨,威尔茨克

根据量子色动力学,理论中中有两类基本的自由度,或者两类粒子:

夸克,费米子,自旋1/2,也就是夸克模型中的夸克;

胶子,玻色子,自旋为1,是传递强相互作用的媒介粒子。

实际上,电子-质子深度非弹性实验中没有被探测到的粒子就是胶子。

QCD解释了胶子(gluon)的存在(胶子是强子中的电中性粒子,其作用是使夸克粘合而形成强子,胶子有八种态),认为带色的夸克通过交换胶子而结合,即夸克与夸克、或夸克与反夸克、或反夸克与反夸克之间通过胶子而结合在一起。凡带有色荷的粒子能放出和吸收胶子,从而实现强相互作用。吸收和放出胶子可使夸克改变

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