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上夸克

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上夸克
組成基本粒子
系費米子
代第一代
基本相互作用強作用力、弱作用力、
電磁力、重力
符號
u
反粒子反上夸克（
u
）
理論默里·蓋爾曼（1964年）
喬治·茨威格（1964年）
發現史丹福直線加速器中心（1968年）
質量1.5–3.3 MeV/c2 2.3+0.7
−0.5 MeV/c2[1]
衰變粒子穩定
電荷+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

在所有種類的夸克中，上夸克（up quark，中國大陸譯u夸克，台灣譯上夸克，中國大陸又稱「上夸克」[註 1]）的質量最小，裸質量約為1.8–3.0 MeV/c2。上夸克是第一代夸克， 是自旋為1⁄2的費米子。帶有電荷+2⁄3 e。根據粒子物理學的標準模型理論，上夸克與下夸克是構成核子的基本粒子，質子擁有兩個上夸克和一個下夸克，而中子則有一個上夸克和兩個下夸克。上夸克參與所有四種基本相互作用：重力相互作用、電磁相互作用、弱相互作用與強相互作用。上夸克的反粒子為反上夸克。

1964年，默里·蓋爾曼 及喬治·茨威格首先提出上夸克的存在，目的是在解釋強子的八重道分類系統。1967年，透過在史丹福直線加速器進行的深度非彈性散射實驗（英語：deep inelastic scattering），首度證實了上夸克存在。

歷史

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在粒子物理學的發展初期（20世紀前半），質子、中子、π介子等等強子都被視為基本粒子。可是，隨着更多新強子被發現，粒子園也跟着擴張，從1930年代與1940年代的幾種粒子擴張至1950年代的幾十種粒子。可是，物理學者並不清楚它們彼此之間的關係。1961年，默里·蓋爾曼與瑜法爾·尼曼（英語：Yuval Ne'eman）分別獨立地提出一種稱為八重道的分類系統，以數學術語來說，就是 SU(3) 味對稱性。[3][4]

這種分類系統將各種強子組織成同位旋多重態，然而，它背後的物理理論並不明朗。1964年，蓋爾曼與喬治·茨威格分別獨立地提出夸克模型，其最初僅僅描述了上夸克、下夸克與奇夸克的物理行為[5][6][7][8]可是，雖然夸克模型解釋了八重道，並沒有任何實驗直接證實了夸克的存在。1968年，在史丹福直線加速器中心，深度非彈性散射實驗（英語：deep inelastic scattering）揭露，質子擁有內在結構，質子是由三個更為基礎的粒子組成，從而夸克模型被公認為正確無誤。[9][10][11]

最初，人們很不願接受這事實，他們比較喜歡理查·費曼的部分子模型（英語：parton (particle physics)）。[12][13][14]隨着時間流逝，夸克理論漸漸被人們接受。更多內容，請參閱11月革命。[15]

質量

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儘管上夸克極為常見，物理學者並不明確它的裸質量，其數值大概是在1.8與3.0 MeV/c2之間[1]使用格點色動力學（英語：Lattice QCD）計算可以給出比較準確的數值： 2.01±0.14 MeV/c2。[16]

夸克的質量不能夠做實驗直接測量，因此是相當難決定的數量。在介子或重子裏，夸克的有效質量會變得很大，這是源自於夸克與夸克之間的膠子場所造成的結合能，注意到狹義相對論允許能量與質量之間的相互轉換。由於上夸克的裸質量很小，它不能被直接計算出來。[17]:135

註釋

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  1. ^ 在2019年由中華人民共和國全國科學技術名詞審定委員會公佈的《物理學名詞》中，「上夸克」為非推薦名[2]。

參考文獻

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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]. （原始內容 (PDF)存檔於2013-05-12）. 
  2. ^ 物理學名詞審定委員會．物理學名詞 [S/OL]．全國科學技術名詞審定委員會,公佈. 3版．北京：科學出版社, 2019: 374. 科學文庫.
  3. ^ M. Gell-Mann. The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry. M. Gell-Mann, Y. Ne'eman (編). 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 (編). 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]. （原始內容存檔 (PDF)於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]. （原始內容存檔於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 可免費查閱. 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]. （原始內容存檔於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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