网友提问:
既然有夸克禁闭,那科学家又是如何知道夸克组成中子质子的?
优质回答:
首先,得说什么是夸克禁闭,就是无法看到单个夸克。出现这种现象的根本原因是量子色动力学的标度参数的特殊大小导致的。用人话来说:轻夸克的质量只有 5MeV左右,而无论如何轻柔的“动”一个这个夸克,能量都会达到约200MeV,也就是说对夸克搞点啥事的时候,动静太大,随随便便就搞出来很多新的夸克,而且还是一对一对的搞出来,导致无法看到单个的夸克。
其次,我们应该知道我们怎么来观察和认识这个世界的:发现——假设——预言——验证(证实或者证伪假设)——新假设——新预言——新验证 … …
回想当年对于火的认识过程。最早人类把火当做一种元素,不管是中国古代的五行说,还是西方的四元素说。我们中学化学课本(至少我那个时候的课本)还会提到“燃素”说:“火是燃素的聚集”(https://baike.baidu.com/item/燃素)。但是,化学家的研究最终证明火是一种氧化过程,不是物质,而只是一种“过程”。
证伪燃素说过程就比较典型:燃素说中认为火是“燃素”的聚集,那一个自然的推论就是火灭了,“燃烧物的灰烬”会变轻,因为“燃素”转移到别的地方了;而实验上观察到有些东西燃烧的灰烬会变重,比如一些金属燃烧后变成的氧化物的质量增加了。这和燃素说的推论矛盾,于是燃素说被淘汰。
同样,夸克这种粒子的“发现”也是类似的。20世纪50年代前后,除了质子、中子和电子等“基本粒子”,大批的新粒子被发现,那么人们自然会怀疑:“这些粒子难道都是基本的?”,于是科学家做了和门捷列夫做过的类似的事情:对粒子进行排序和分类,具体还采用了群论的数学方法,发现如果假设有三种夸克就可以很好的解释当时发现的粒子。尤其是利用三种夸克的理论,还非常成功的预言了一种新粒子并很快被实验发现“Omega”重子,由三个“奇异”夸克组成。 这样人类对物理的认识就达到了一个更深的层次。
怎么知道夸克组成了质子和中子?就是夸克理论能解释当时大量的粒子的各种规律,并且能成功的预研新的粒子和新的现象。
后来实验和理论的发展,夸克的种类增加到六种“味道”和三种“颜色”。并且为了解释没有观察到夸克而提出了禁闭理论。无论是否能直接观察到一个研究对象,但是关于它的理论的是否成功只有两条:第一,能否解释已有现象;第二,能否预研新的现象并被实验证实。夸克相关理论,包括禁闭理论都满足了这两条。
不排除未来夸克理论会和燃素说的命运类似,只能说,目前夸克理论还很成功,完美解释观察到的世界。
借了个动图表示下怎么搞出一对夸克:http://mat1.gtimg.com/tech/space/121504.gif
其他网友回答
将质子或中子撞碎,分析其中成分是夸克