夸克模型

1964年被提出的强子分类方案

在粒子物理学上，夸克模型（英语：Quark Model）是一种根据强子内价夸克种类的强子分类方案，而价夸克就是强子内的夸克和反夸克，它们是强子量子数的源头。夸克是“SU(3)味对称”或八重道的基础，这个分类方案成功将1950至60年代所发现的的大量较轻的强子妥当编组。它在1960年代后期得到了实验确认，仍是一套既正确又有效的分类法。夸克模型在1964年分别由默里·盖尔曼和乔治·茨威格独立提出（另见）。夸克模型已被标准模型所吸收，并成为了它的一部分，标准模型指的是已确立的强相互作用和弱电相互作用的量子场论。

简介

强子并不“基本”，并可被视为“价夸克”及其反夸克的束缚态，而“价夸克”及其反夸克就是强子量子数的源头。这些量子数是识别强子的标签，可分为两种。一种从庞加莱对称而来，其中J、P和C分别代表总角动量、宇称和电荷共轭对称。

历史

在新的实验技巧发现出许多粒子后，开发分类方案便成了一个及时的问题，因为不可能这么多粒子全都是基本粒子。这些发现使得沃尔夫冈·泡利惊呼：“要是早知道会这样，我就从事植物学研究算了”，而恩里科·费米则对学生利昂·莱德曼说：“年轻人呀，如果我能记住所有粒子的名字，那么我就是植物学家了。”这些新的实验方案为实验物理学家们赢得了诺贝尔奖，当中包括在这些许多开发前端的路易斯·阿尔瓦雷茨。用较少的构成物来把强子构建成束缚态就可以把手上的“动物园”妥当编组。之前的几个提案，例如恩里科·费米和杨振宁的（1949年），还有坂田昌一的坂田模型（1956年），都能够让人满意地将介子分类，但却无法应付重子，因此并不能解释所有实验数据。

由默里·盖尔曼和西岛和彦所提出的盖尔曼-西岛关系，使得盖尔曼发明了八重道的分类，当中还包括了尤瓦勒·内埃曼于1961年的独立重要贡献。强子分为SU(3)表示多重态、八重态和十重态，由于强相互作用的关系，所以各态中的强子质量大致相同。盖尔曼-大久保质量公式将强子多重态中各粒子细小的质量差异定量，由SU(3)的明显对称性破缺所控制。

盖尔曼和独立的乔治·茨威格最终在1964年辨识出八重道所隐藏的。他们假定了基本费米子构成物的存在，它当时尚未被观测到，可能以后都不会看到它的自由形态，而它用一种既经济又紧密的方式优雅地了编写了八重道的基础，使强子分类变得更加简单。当时强子的质量差异被视为是组夸克质量的结果。

人类在此之后还花了十年才对这些夸克意想不到的性质——和物理现实（见夸克）——更加地了解。它们违反直觉地永远不能被分开观测（夸克禁闭），但它们一直与其他夸克结合来形成整套强子，然后向外界提供大量关于被囚夸克本身的信息。相反地，夸克在量子色动力学中扮演着定义的角色，量子色动力学是负责完全描述强相互作用的理论；而八重道则被理解成由最轻的三种夸克味对称结构的结果。

夸克模型以外的态

虽然夸克模型可由量子色动力学理论中推导出来，但是强子的结构却比模型所能容许的要复杂得多。所有强子的完全量子力学波函数必须包括虚夸克对和虚胶子对，同时亦要容许多种混合。可能有强子位处夸克模型之外。这样的粒子包括胶球（只含有价胶子）、混合粒子（含有价胶子和夸克）和“奇异强子”（包括四夸克态和五夸克态）。

另见

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