夸克的质量大小,夸克、质子质量

58 人们老是说质子是由三个夸克结合成的,又说一个夸克的质量等于一个质子的三十倍。这两种说法怎能同时成立呢?

《你知道吗?——现代科学中的100个问题》

阿西莫夫著 暴永宁等译 碧声扫 https://www.tuenhai.com 整理

这两种说法都可以成立。至少,这两种说法并不一定是自相矛盾的。要解开这个表面上的矛盾,关键问题是得注意到质量是能量的一种表现形式这个事实

我们可以认为,每一个物体相对于某个合适的参考系都具有某一动能。这个动能等于物体的质量乘以物体速度的平方的二分之一。当物体的能量增大时,它的质量和速度两者都增大了(在低能量时主要是速度增大,在能量非常高时主要是质量增大)

其次,我们来考虑一些比较小的物体。这些物体结合得越紧,(一般说来)把它们维持在一起的力就越大,象太阳和地球这类确实很大的物体,是靠万有引力场维持在一起的。万有引力是目前已知的各种力当中最弱的一种

原子和分子是靠强得多的电磁场维持在一起的。由于这种场的作用,分子和分子通常十分牢固地结合在一起,分子中各个原子的结合还要更牢固,而原子中电子和原子核的结合就更牢固得多了

原子核中的各个粒子是靠核力场维持在一起的。核力场比电磁场强一百多倍,事实上,核力是已经知道的最强的力。这就是原子弹爆炸为什么比普通炸药爆炸猛烈那么多的原因之一

假如处在原子核中的质子(和中子)本身是由一些还要更基本的粒子(夸克)所组成,那么,把各个夸克维持在一起的结合力很可能要比把质子和中子维持在一起的力强得多,这大概就会牵涉到一种比现在已知的各种场强得多的新力场

要把单个质子或单个中子分裂成构成它的几个夸克,必须对质子或中子“灌进”极巨大的能量——这个能量要比在把构成原子核的质子、中子团块成功地切开时所需要的能量大得多

当质子或中子分裂时,那些在这时出现的夸克就会“拣起”原先输入的能量,这个能量有些会表现成巨大的速度,有些则表现为巨大的质量。换句话说,由于输入了非常巨大的能量,本来在质子中只占质子质量三分之一的一个夸克,一旦被分离开来,它的质量就会变得比质子大许多倍

夸克一旦被分离开来,由于它们之间相互吸引的力场具有空前未有的强度,它们就极其倾向于重新结合起来。这种重新结合会释放出极其巨大的能量,而这种能量损失就会引起质量的损失。这时,夸克在质量上就会大大缩减,以致当三个夸克结合起来时,质量也不会比一个质子大

到目前为止,物理学家还完全没有具备把亚原子粒子分裂成夸克所必需的这种能量,所以,他们就不容易检验夸克的假说是不是真正有价值。不过,有些宇宙射线粒子具有这样的能量。因此,它们在同原子碰撞时所产生的粒子簇射,现在正受到物理学家的密切注意,他们希望在这里找到夸克呢!

阿西莫夫《你知道吗?——现代科学中的一百个问题》科学普及出版社 1984年

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