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u夸克

在所有种类的夸克中，u夸克（up quark，台湾译上夸克，中国大陆又称“上夸克”[注 1]）的质量最小，裸质量约为1.8–3.0 MeV/c2。u夸克是第一代夸克， 是自旋为1⁄2的费米子。带有电荷+2⁄3 e。根据粒子物理学的标准模型理论，u夸克与d夸克是构成核子的基本粒子，质子拥有两个u夸克和一个d夸克，而中子则有一个u夸克和两个d夸克。u夸克参与所有四种基本相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用与强相互作用。u夸克的反粒子为反u夸克。

u夸克
组成基本粒子
系费米子
代第一代
基本相互作用强作用力、弱作用力、
电磁力、重力
符号
u
反粒子反u夸克（
u
）
理论默里·盖尔曼（1964年）
乔治·茨威格（1964年）
发现斯坦福直线加速器中心（1968年）
质量1.5–3.3 MeV/c2 2.3+0.7
−0.5 MeV/c2[1]
衰变粒子稳定
电荷+2⁄3 e
色荷有
自旋1⁄2
弱同位旋LH: +1⁄2, RH: 0
弱超荷LH: +1⁄3, RH: +4⁄3

1964年，默里·盖尔曼 及乔治·茨威格首先提出u夸克的存在，目的是在解释强子的八重道分类系统。1967年，透过在斯坦福直线加速器进行的深度非弹性散射实验（英语：deep inelastic scattering），首度证实了u夸克存在。

历史

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在粒子物理学的发展初期（20世纪前半），质子、中子、π介子等等强子都被视为基本粒子。可是，随着更多新强子被发现，粒子园也跟着扩张，从1930年代与1940年代的几种粒子扩张至1950年代的几十种粒子。可是，物理学者并不清楚它们彼此之间的关系。1961年，默里·盖尔曼与瑜法尔·尼曼（英语：Yuval Ne'eman）分别独立地提出一种称为八重道的分类系统，以数学术语来说，就是 SU(3) 味对称性。[3][4]

这种分类系统将各种强子组织成同位旋多重态，然而，它背后的物理理论并不明朗。1964年，盖尔曼与乔治·茨威格分别独立地提出夸克模型，其最初仅仅描述了u夸克、d夸克与s夸克的物理行为[5][6][7][8]可是，虽然夸克模型解释了八重道，并没有任何实验直接证实了夸克的存在。1968年，在斯坦福直线加速器中心，深度非弹性散射实验（英语：deep inelastic scattering）揭露，质子拥有内在结构，质子是由三个更为基础的粒子组成，从而夸克模型被公认为正确无误。[9][10][11]

最初，人们很不愿接受这事实，他们比较喜欢理查·费曼的部分子模型（英语：parton (particle physics)）。[12][13][14]随着时间流逝，夸克理论渐渐被人们接受。更多内容，请参阅11月革命。[15]

质量

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尽管u夸克极为常见，物理学者并不明确它的裸质量，其数值大概是在1.8与3.0 MeV/c2之间[1]使用格点色动力学（英语：Lattice QCD）计算可以给出比较准确的数值： 2.01±0.14 MeV/c2。[16]

夸克的质量不能够做实验直接测量，因此是相当难决定的数量。在介子或重子里，夸克的有效质量会变得很大，这是源自于夸克与夸克之间的胶子场所造成的结合能，注意到狭义相对论允许能量与质量之间的相互转换。由于u夸克的裸质量很小，它不能被直接计算出来。[17]:135

注释

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  1. ^ 在2019年由中华人民共和国全国科学技术名词审定委员会公布的《物理学名词》中，“上夸克”为非推荐名[2]。

参考文献

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  1. ^ 1.0 1.1 J. Beringer (Particle Data Group); et al. PDGLive Particle Summary 'Quarks (u, d, s, c, b, t, b', t', Free)' (PDF). Particle Data Group. 2012 [2013-02-21]. （原始内容 (PDF)存档于2013-05-12）. 
  2. ^ 物理学名词审定委员会．物理学名词 [S/OL]．全国科学技术名词审定委员会,公布. 3版．北京：科学出版社, 2019: 374. 科学文库.
  3. ^ M. Gell-Mann. The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry. M. Gell-Mann, Y. Ne'eman (编). The Eightfold Way. Westview Press. 2000: 11 [1964]. ISBN 0-7382-0299-1. 
    Original: M. Gell-Mann. The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry. Synchrotron Laboratory Report CTSL-20 (California Institute of Technology). 1961. 
  4. ^ Y. Ne'eman. Derivation of strong interactions from gauge invariance. M. Gell-Mann, Y. Ne'eman (编). The Eightfold Way. Westview Press. 2000 [1964]. ISBN 0-7382-0299-1. 
    Original Y. Ne'eman. Derivation of strong interactions from gauge invariance. Nuclear Physics. 1961, 26 (2): 222. Bibcode:1961NucPh..26..222N. doi:10.1016/0029-5582(61)90134-1. 
  5. ^ M. Gell-Mann. A Schematic Model of Baryons and Mesons. Physics Letters. 1964, 8 (3): 214–215. Bibcode:1964PhL.....8..214G. doi:10.1016/S0031-9163(64)92001-3. 
  6. ^ G. Zweig. An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking. CERN Report No.8181/Th 8419. 1964. 
  7. ^ G. Zweig. An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II. CERN Report No.8419/Th 8412. 1964. 
  8. ^ B. Carithers, P. Grannis. Discovery of the Top Quark (PDF). Beam Line (SLAC). 1995, 25 (3): 4–16 [2008-09-23]. （原始内容存档 (PDF)于2016-12-03）. 
  9. ^ E. D. Bloom; et al. High-Energy Inelastic e–p Scattering at 6° and 10°. Physical Review Letters. 1969, 23 (16): 930–934. Bibcode:1969PhRvL..23..930B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.930. 
  10. ^ M. Breidenbach; et al. Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering. Physical Review Letters. 1969, 23 (16): 935–939. Bibcode:1969PhRvL..23..935B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.935. 
  11. ^ J. I. Friedman. The Road to the Nobel Prize. Hue University. [2008-09-29]. （原始内容存档于2008-12-25）. 
  12. ^ R. P. Feynman. Very High-Energy Collisions of Hadrons. Physical Review Letters. 1969, 23 (24): 1415–1417. Bibcode:1969PhRvL..23.1415F. doi:10.1103/PhysRevLett.23.1415. 
  13. ^ S. Kretzer; et al. CTEQ6 Parton Distributions with Heavy Quark Mass Effects. Physical Review D. 2004, 69 (11): 114005. Bibcode:2004PhRvD..69k4005K. arXiv:hep-ph/0307022  . doi:10.1103/PhysRevD.69.114005. 
  14. ^ D. J. Griffiths. Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. 1987: 42. ISBN 0-471-60386-4. 
  15. ^ M. E. Peskin, D. V. Schroeder. An introduction to quantum field theory. Addison–Wesley. 1995: 556. ISBN 0-201-50397-2. 
  16. ^ Cho, Adrian. Mass of the Common Quark Finally Nailed Down. Science Magazine. April 2010 [2017-07-12]. （原始内容存档于2021-06-14）. 
  17. ^ Griffiths, David J., Introduction to Elementary Particles 2nd revised, WILEY-VCH, 2008, ISBN 978-3-527-40601-2 
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