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d夸克

基本粒子

d夸克（down quark，中国大陆译d夸克，台湾译下夸克，中国大陆又称“下夸克”[注 1]）是一种基本粒子。在所有的夸克中，d夸克是质量第二小的夸克，只比u夸克的质量大。组成原子核的中子与质子都是由d夸克与u夸克共同形成。d夸克属于第一代粒子，电荷为−1/3e，裸质量为4.8+0.5
−0.3 MeV/c2[1]。和所有夸克一样，d夸克是一种费米子，自旋为1/2，且可以感受到所有四种基础作用：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用与弱相互作用。d夸克的反粒子是反d夸克。d夸克带有负电荷，反d夸克带有正电荷。

d夸克
组成基本粒子
系费米子
代第一代
基本相互作用强, 弱, 电磁力, 重力
符号d
反粒子反d夸克 （
d
）
理论默里·盖尔曼（1964）
乔治·茨威格（1964）
发现SLAC（1968）
质量4.8+0.5
−0.3 MeV/c2[1]
衰变粒子稳定或u夸克 + 电子 + 反电中微子
电荷-1/3 e
色荷有
自旋1/2
弱同位旋LH: −1/2, RH: 0
弱超荷LH: 1/3, RH: −2/3

1964年，默里·盖尔曼与乔治·茨威格假设d夸克的存在，这是使用八重道来对于强子分类所得到的后果预测。后来，物理学者在斯坦福直线加速器中心所做的实验观测证实了d夸克的存在。

历史

 
默里·盖尔曼
 
乔治·茨威格

在粒子物理学初期（二十世纪前半期），质子、中子、π介子等等强子类粒子都被认为是基本粒子。然而随着更多强子被发现，粒子园从1930年代早期与1940年代的几个粒子增加到1950年代的几十个粒子。物理学者起初并不清楚它们彼此之间的关系，直到1961年，由于默里·盖尔曼[3]与尤瓦尔·内埃曼（英语：Yuval Ne'eman）[4]各自独立地提出一种强子分类方案，称为“八重道”，利用SU(3)味对称性，这问题才获得解决。

八重道将强子组织为不同的同位旋多重态，然而，物理学者仍不清楚这分类方案背后的物理原理。1964年，盖尔曼[5]与乔治·茨威格[6][7]各自独立的提出夸克模型，在那时只涉及到u夸克、d夸克与s夸克。[8]尽管夸克模型能够合理地解释八重道，但在那时并没有任何实验证据。1968年，物理学者在斯坦福直线加速器中心所做的实验观测，终于证实了d夸克的存在。[9][10]深度非弹性碰撞（英语：Deep inelastic scattering）实验揭示了质子具有次结构：它是由三个更基础的粒子组成，因此证实了夸克模型。[11]

刚开始，人们并不情愿把这三个基础粒子辨识为夸克，而是青睐理查·费曼的部分子模型。[12][13][14]随着时间演进，夸克模型渐渐被广泛接受（更多细节，请参阅条目J/ψ介子）。[15]

质量

虽然d夸克很常见，但d夸克的裸质量尚未被准确测定，应该是在4.5与5.3MeV/c2之间。[1]格点QCD（英语：Lattice QCD）方法所预测的数值更为精确：4.79±0.16 MeV/c2。[16]

在介子（由一个夸克与一个反夸克组成的粒子）或重子（由三个夸克组成的粒子）里，夸克的有效质量会变得比较大，这都归因于夸克与夸克之间的胶子场所产生的结合能（英语：Quantum chromodynamics binding energy）。例如，在质子里，d夸克的有效质量约为330 MeV/c2。由于d夸克的裸质量很小，它不能直接地被计算出来，因为必须将相对论效应纳入考量。胶子场所媒介的强作用力之作用下，夸克的移动速度约为光速的99.995%，相应的洛伦兹因子约为100，所以，所有夸克的静质量总和仅为质子或中子质量的1%。

参阅

注释

  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，“下夸克”为非推荐名[2]。

参考文献

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 J. Beringer (Particle Data Group); et al. PDGLive Particle Summary 'Quarks (u, d, s, c, b, t, b′, t′, Free)' (PDF). Particle Data Group. 2013 [2013-07-23]. （原始内容 (PDF)存档于2013-10-22）. 
  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; Coward, D.; Destaebler, H.; Drees, J.; Miller, G.; Mo, L.; Taylor, R.; Breidenbach, M.; 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; Friedman, J.; Kendall, H.; Bloom, E.; Coward, D.; Destaebler, H.; Drees, J.; Mo, L.; Taylor, R.; 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; Lai, H.; Olness, Fredrick; Tung, W.; 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 [2018-07-11]. （原始内容存档于2012-03-06）. 

进阶阅读

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