科學人 發行日期:2013/1 刊號:131
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夸克之內 別有洞天?

撰文/林肯(Don Lincoln) 翻譯/甘錫安

這個解釋似乎有點語焉不詳,的確如此,其中很多細節還沒有研究清楚。首先提出夸克概念的理論性研究,複雜程度也差不多如此。以數學方式描述使夸克結合成質子和中子的強核力,則是後來才成功。不過世代問題仍然懸而未決,因此有幾位物理學家提出了其他模型。其中一個模型假設有一種前子帶有世代數以及稱為超色(hypercolor)的新電荷,這種電荷使前子結合成夸克和輕子。

儘管這裡只介紹一種前子理論,但別以為前子理論只有一種。理論物理學家相當聰明,也很有創意。目前已有數百篇論文提出各種前子模型,但多半是把幾個基本構想加以修改而成。有些模型假設前子具有1/6單位電荷,而非哈拉瑞與舒普模型的1/3。有些模型則認為夸克和輕子包含五個前子,而不是三個。另外還有些模型提出費米子前子和玻色子前子,或是認為玻色子的前子組成內容與〈粒子製作手冊〉的表格不同。可能性事實上相當多,我們還需要更多資料,才能去蕪存菁。

目前已知最小的物質粒子內部可能還有更小的粒子,這個概念本身就十分引人入勝,此外,許多物理學家對前子有興趣還有另一個原因。如果前子確實存在,我們說不定可從中發掘更深奧的東西,探討粒子物理學中另一個謎團。標準模型假設希格斯場是基本粒子質量的來源。具有質量的粒子在這個無所不在的場中移動時,會感受到某種拉力,而光子這類不具質量的粒子則可不受牽制地自由運動。如果構成第二和第三代的前子與第一代的前子相同,則很可能是前子具有某種性質,使較高世代的粒子與希格斯場的交互作用比第一代更強,因此世代越高、質量隨之越大。相較之下,希格斯機制雖然可以讓粒子具有質量,卻沒辦法加以預測。

在更深入的理論問世前,次原子粒子的質量仍然只能個別測定。或許在了解夸克和輕子的結構和世代間為何有差別之後,我們就能更進一步了解希格斯機制。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2013年第131期1月號】

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