第18章 漫遊粒子世界(4)(3 / 3)

層子模型的建立是我國物理學工作者在粒子物理學領域做出的傑出貢獻。誇克模型與層子模型雖然名稱不同,但它們所探討和揭示的物理內容是一致的,都是探索強子內部結構的理論模型。應該說,自然界有更深的統一,而這正是許多物理學家不斷追求的目標。

誇克與輕子

自1964年誇克理論提出以來,至今組成強子的誇克共有6種,即u誇克、d誇克、s誇克、c誇克、b誇克、t誇克。這6種誇克可以劃分為三代:

(ud),(cs),(tb)

其中,u、c、t3種誇克帶有電荷23e;d、s、b3種誇克所帶電荷為-13e。同一代中的兩個誇克的電荷彼此相差一個單位(e)。

自然界中,人們發現的輕子到目前也剛好是6種:e-、μ-、τ-、νe、νμ、ντ。其中,e-、μ-、τ-3種輕子,除了質量不同以外,它們的性質完全相似。帶電量相同;自旋一樣,都是12,屬於費米子;它們隻參與電磁相互作用和弱相互作用;這3種輕子都有與自己相對應的中微子:電子型的中微子νe、μ子型的中微子νμ、τ輕子型的中微子ντ。

這6種輕子,我們也可以將它們劃分為三代:

(νee-),(νμμ-),(νττ-)

三代輕子中,每一代的第二個粒子e-、μ-、τ-均帶有一個單位(e)的負電荷;而第一個粒子νe、νμ、ντ是中性的,同一代中的兩個輕子,所帶電荷數彼此亦相差一個單位(e)。

我們將誇克的情況與輕子的情況做個比較,三代誇克與三代輕子之間存在的這種對稱關係,是一種偶然的巧合,還是它們之間有著重要的內在聯係。我們若將同一代的誇克與輕子放在一起,即為

(udνee-),(csνμμ-),(tbνττ+)

會有什麼結果呢?從這種對稱排列組合不難看出,誇克與輕子組成的三代中,第二代和第三代好像是第一代的一種重複;從質量來看,一代比一代大。三代粒子之間的這種周期性表現,從更深的層次考慮,誇克與輕子是不是會由更基本的成分組合而成的呢?它們在下一個層次中會不會統一起來?這些都有待於人們進一步去探索。

目前,人們認識的輕子隻有三代,按照誇克與輕子的對應關係,可以推斷誇克也隻有三代。這樣,自然界存在6種輕子及其相應的反輕子,共計12種;存在36種性質各異的誇克,這48種粒子便是構造大自然的基本單元。

此外,傳遞各種相互作用的媒介粒子有:傳遞電磁相互作用的光子γ,傳遞弱相互作用的粒子W+、W-、Z°,傳遞強相互作用的8種膠子,共有12種。時至今日,人們已經認識到微觀世界中到這個層次的粒子總數為60種。運用這些粒子,人們可以解釋眾多的現象和規律,揭示和探索奇妙無窮的微觀世界。

然而又會有新的問題擺在人們的麵前。從表6-3中可以看出,這12種粒子的質量分布從幾乎為零到最大為174吉電子伏;就同一個層次的6種誇克來看,質量從幾兆電子伏到174吉電子伏,彼此相差5萬倍。t誇克的質量差不多同金原子核的質量一樣。這些粒子是點粒子嗎?它們還存在不存在更深層次的結構呢?質量的起源是什麼?所有這些問題必將促使物理學家更深入地研究它們的性質和探尋新的物理規律。

隨著新世紀的到來,人們期望,在21世紀中粒子物理學的研究將會有新的突破,將人類對於微觀世界的探求推向更新的層次。