是否有比夸克更小的粒子？科学家：目前还不清楚

质子和中子是构成原子核的粒子，看起来足够小。但是科学家说这些亚原子粒子实际上是由更小的粒子组成的，他们称之为夸克。

理论物理学家杰弗里·韦斯特解释说:“我认为最简单的解释是，夸克是物质的基本成分，构成了我们周围的一切。”。韦斯特在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室建立了一个高能物理研究小组，现在是圣达菲研究所的杰出教授。

像电子和其他轻子一样，夸克似乎无法继续分裂成更小的结构。夸克如此之小，以至于对其大小的描述听起来难以置信。伦敦大学学院的物理学教授乔恩·巴特沃斯解释说，夸克的半径大约是质子半径的2000倍，质子半径比一粒沙子小2.4万亿倍。

首次提出是在1964年

早在1964年，加州理工学院的理论物理学家默里·盖尔曼就首次提出了夸克模型。他是粒子物理标准模型发展的关键人物之一，也是1969年诺贝尔物理学奖的获得者。盖尔曼指出，为了解释质子和中子的性质，必须假设它们是由更小的粒子组成的。与此同时，加州理工学院的另一位物理学家乔治·茨威格也独立提出了这个想法。

从1967年到1973年，在斯坦福线性加速器中心(现称SLAC国家加速器实验室)进行的实验证实了夸克的存在。正如韦斯特解释的那样，夸克的一个奇怪之处是它们可以被观察到，但不能被分离。“有一点不同，”他说，“它们是像电子一样的基本粒子，但是对于电子，我们可以观察并分离它们。你可以指出电子的方向。至于夸克，你不能从原子核中取出一个放在桌子上测试。”

使用一个巨大的粒子加速器，科学家可以加速电子，并用它们来探测原子核内的秘密。如果电子撞击的足够深，它们将分离夸克，科学家可以使用非常精确的探测器来测量夸克。“我们重建了目标中质子和中子的基本单位，”韦斯特说。“你可以看到这些点。我们称它们为夸克。”

夸克有六种类型

与质子相比，夸克只有部分电荷。根据质量，夸克可以分为六种类型，即六种“味道”，即上、下、魅力、奇、底和顶。它们还有一种叫做“颜色电荷”的属性，用来描述它们之间的强相互作用。色电荷由胶子携带，胶子也是基本粒子，负责在两个夸克之间传递强相互作用，就像光子负责在两个带电粒子之间传递电磁力一样。

堪萨斯大学的一个物理研究小组计划在大型强子对撞机(LHC)上使用一个装置来研究夸克和胶子之间的强相互作用。大型强子对撞机是世界上最强大的粒子加速器，位于法国和瑞士之间27公里的隧道内。

有比夸克小的粒子吗？科学家:还不清楚

“我们的想法是更好地理解质子和重离子(如铅)的结构，并研究一种叫做饱和(胶子态)的新现象，”主持这项研究的堪萨斯大学物理学教授克利斯朵夫·罗勇解释说。“当两个质子或两个离子以极高的能量碰撞时，我们可以非常灵敏地探测到它们的子结构，夸克和胶子，从而探测到某些胶子密度变得非常大的区域。”

克里斯托弗补充说:“我们可以把纽约的地铁比作高峰时间，那时地铁已经满员了。”。“在这种情况下，饺子的行为不是单一的，而是可以表现出集体行为，就像拥挤的地铁一样。如果有人摔倒了，每个人都会感觉到，因为人们离得很近。在某种程度上，质子或重离子可以表现得像固体，像一块玻璃。这种状态被称为“有色玻璃凝聚态”。这就是我们希望在大型强子对撞机和美国未来的电子离子对撞机上看到的。”

如果我们能找到这种致密胶子物质存在的证据，我们可能会回答一个关于最大夸克的未解问题。“这是一种新的物质状态，”克里斯托弗说。“相对论重离子对撞机(RHIC)或大型强子对撞机已经提供了一些线索，但一切仍不确定。这将是一个重要的发现。大型强子对撞机和电子离子对撞机是观察这一现象的理想设备

科学家们想回答的另一个重要问题是，有比夸克更小的东西吗？“还有另一个层次吗？”韦斯特说，“我们不知道答案。”