宇宙中最小的物质—夸克的江湖

消敢市音

一花一世界，一叶一菩提。
不只是人类社会有着复杂的江湖，粒子的江湖也一点都不简单。
闲来无事，从杯中随便滴了一滴水到桌面上，这滴水大约是0.05毫升，也就露珠大小。



别小看这一滴水，这一滴水中有约10万亿亿个水分子，一个水分子中有两个氢原子和一个氧原子，原子又是由质子、中子、电子构成的，质子、中子又由夸克构成。
这只是一滴水最简单的结构，这里面错综复杂的运转才体现了造物之美。
但造物之美不是今天的重点。
我们重点来看这滴水里面最小的物质—夸克。
夸克是已知的最小物质，在弦理论得到证实之前，夸克已不可再分割。
夸克有多小呢？
打个比方，如果把夸克比作一粒小米，那么一个质子相当于篮球那么大，一个原子就相当于 一座珠穆朗玛峰，桌子上那一滴水呢？它相当于整个太阳系。



夸克是不是很形象了，别急，当你看完这篇文章时，你再看路上那一个个行走的路人时，就会感觉在看一个个行走的夸克。
而夸克虽小，可也有自己的小江湖。
在那滴水里面，质子和中子都是由夸克构成的。
两个上夸克、一个下夸克构成一个质子；
两个下夸克、一个上夸克构成一个中子；



其实，不只是水，你所能看到的任何东西一路拆下去，都会拆成夸克。
不过，夸克不能单独存在，它们必须相互抱团，上面的质子和中子也是由3个夸克组成。
夸克这个小江湖里，也是有正派和反派的。
先来介绍这六大名门正派：
它们分别是 上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克。



在夸克的江湖里，将这六大名门正派称为：正夸克。
和人类的江湖一样，门派里面又会产生派系。
这六大名门正派又分别产生了三大派系，称为：红、绿、蓝3种色荷。
举个例子：上夸克有红上夸克、绿上夸克、蓝上夸克。其它的也一样，所以就有了18种正夸克。
先解释一下上面出现的色荷：
色荷跟电荷很像，我们都知道，正负电荷之间互相吸引，两个正电荷之间互相排斥
不同颜色的夸克之间，也存在着类似的引力或斥力，只是比电荷复杂一些。
用专业的话解释就是：
电荷的本质是：电磁互相作用力的耦合常数。
色荷的本质是：强互相作用力的耦合常数
当然，如果这些不理解也没关系，你只要记住，夸克的颜色相当于电子的电荷，夸克的颜色，跟生活中的颜色，内涵是不一样的。
江湖中有正派就有反派，同样的，宇宙中有正物质也有反物质，正反物质相遇后会湮灭成能量。
所以，18种正夸克都有对应的反夸克，总共有36种夸克。



它们之间的区别是电荷相反、自旋相反、颜色相反。
举例：红上夸克的反物质是“反红上夸克”，因为红色和青色可以混合成白色。
所以反红上夸克的色核是青色。
其它夸克也一样，粉红色是绿色的反色，黄色是蓝色的反色，最后就有了所有的36种夸克。
夸克虽然小，但它们的江湖是不是一点都不简单。
既然夸克不能单独存在，那它们组成物质又要遵循什么江湖规矩呢？
一句话，夸克组成的新物质必须是白色的。
你可以仔细找一下，这36种夸克，没有一种是白色的。所以，夸克才不能单独存在。
那怎么才能组合成白色物质呢?



还是进行颜色配对呗。
红、绿、蓝可以混合成白色，那这三种颜色的夸克，就可以组合成新的物质。
比如：一个红色的上夸克+一个蓝色的上夸克+一个绿色的下夸克=质子
一个红色的下夸克+一个蓝色的下夸克+一个绿色的上夸克=中子
一个红色的下夸克+一个绿色的奇夸克+一个蓝色的上夸克=Λ子(重子的符号,读兰木达）
同理，反物质夸克也是一样的组合。
另外正反夸克也可以相互组合，比如：正红上夸克+反红下夸克=π介子
只要根据颜色的不同排列，就可以组合成质子、中子或其它粒子
另外，反红、反绿、反蓝也可以根据颜色的不同排列，可以组合成反质子、反中子或其它反粒子。
只要你有兴趣，怎么组合都行。



是不是发现，上面都是两个三个抱在一起的，就没有3个以上的。
那是因为3个以上的非常少见，只有在2021年3月，欧洲大型对撞机里，刚发现了四夸克组成的Tcc粒子。
2015年7月14日，欧洲核子研究中心宣布通过大型强子对撞机，发现了五夸克粒子。
但是，五夸克粒子现在存在争议，那里面有可能出现了粒子纠缠状态的情况，所以还没有确定。
在夸克这个小江湖里，它们之间互相抱团组成了几百种新粒子。
但这里面只有质子和中子可以稳定存在，其它的新粒子，都活不过1秒钟便会衰变。
比方正红上夸克+反红下夸克=π介子，这个π介子很快便会衰变成一个电子+一个电中微子。
为什么这么多新物质都不稳定？



有很多原因，首先，我们这个宇宙是由正物质组成，正反物质相遇后会湮灭成能量。
所以那18种反夸克组合的物质很难长期存活
剩下的6大类正夸克，越重的夸克越不稳定，寿命也越短，顶夸克是最重的，上、下夸克是最轻的。
所以，质子和中子是由上、下夸克组成，就能一直稳定存在。
夸克虽小，这个江湖是不是一点都不简单。
并且，如果你有兴趣去了解它们之间的运动和衰变，就会感觉这真是一个大江湖。