科学变得简单:什么是夸克和胶子?

夸克胶原血浆碎片

这是布鲁克海文国家实验室两个原子核碰撞产生夸克-胶子等离子体后遗留下来的碎片图像。图片来源:布鲁克海文国家实验室

夸克和胶子是质子和中子的组成部分,而质子和中子又是原子核的组成部分。科学家们目前的理解是夸克和胶子是不可分割的——它们不能被分解成更小的组分。它们是唯一具有色电荷的基本粒子。

除了具有正面或负电荷(如质子和中子)外,夸克和胶合可以有三个额外的充电状态:正负发红,绿色和蓝色。这些所谓的颜色收费只是名称 - 它们与实际颜色无关。

连接正面和负色电荷的力被称为强核力。这种强大的核力是最强大的力量,在一起持有物质。它比三个其他基本力量强大:重力,电磁和弱势力。因为强大的核力量是如此强大,所以将夸克和胶水分开极为困难。因此,夸克和胶合在复合粒子内部。分离这些粒子的唯一方法是创造一个称为夸克 - 胶原的物质状态等离子体

在这种等离子体中,密度和温度如此之高,以至于质子和中子融化。这种由夸克和胶子组成的混合物弥漫整个宇宙直到宇宙爆炸后的几分之一秒大爆炸当宇宙冷却到足够的夸克和胶水冻结到质子和中子的夸张和胶中时。

今天,科学家在特殊的设施中研究了这种夸克胶质等离子体,如相对论的重离子撞机(RHIC)布鲁克海文国家实验室

夸克和胶合事实

  • 有六种不同的夸克,它们的质量各不相同。它们分别被命名为“上”、“下”、“魅力”、“奇异”、“上”和“下”。
  • 夸克是体验所有已知力量的唯一基本颗粒,并且具有分数电荷。
  • 夸克和胶合之间的相互作用对几乎所有感知质子和中子的群体负责,因此我们得到了大量的群众。

DOE SOURITY:夸克和胶合的贡献

DOE支持研究夸克和胶子的相互作用、它们结合成复合粒子(强子)的方式,以及它们在高温和高密度下的行为。科学家们在美国能源部的加速器设施(如RHIC)和托马斯·杰斐逊国家加速器设施的连续电子束加速器(CEBAF)研究这些课题。

众所周知,描述强核力的量子色动力学理论很难解决。然而,它可以在美国能源部设施中建造和维护的超级计算机上进行模拟。自20世纪60年代以来,DOE一直是夸克和胶子研究的领导者。夸克的概念是在1964年提出的,它们存在的证据是在1968年斯坦福直线加速器中心(SLAC)的实验中看到的。1995年,费米实验室首次观测到最重的夸克,这也是最后一次发现夸克。

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