上夸克

在所有种类的夸克中，上夸克（Up quark）的质量最小，裸质量约为1.8–3.0 MeV/c2。上夸克是第一代夸克， 是自旋为1⁄2的费米子。带有电荷+2⁄3 e。根据粒子物理学的标准模型理论，上夸克与下夸克是构成核子的基本粒子，质子拥有两个上夸克和一个下夸克，而中子则有一个上夸克和两个下夸克。上夸克参与所有四种基本相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用与强相互作用。上夸克的反粒子为反上夸克。

上夸克
组成基本粒子
系费米子
代第一代
基本相互作用强作用力、弱作用力、
电磁力、重力
符号
u
反粒子反上夸克（
u
）
理论默里·盖尔曼（1964年）
乔治·茨威格（1964年）
发现史丹佛直线加速器中心（1968年）
质量1.5–3.3 MeV/c2 2.3+0.7
−0.5 MeV/c2[1]
衰变粒子稳定
电荷+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

1964年，默里·盖尔曼 及乔治·茨威格首先提出上夸克的存在，目的是在解释强子的八重道分类系统。1967年，通过在史丹佛直线加速器进行的深度非弹性散射实验，首度证实了上夸克存在。

历史

在粒子物理学的发展初期（20世纪前半），质子、中子、π介子等等强子都被视为基本粒子。可是，随着更多新强子被发现，粒子园也跟着扩张，从1930年代与1940年代的几种粒子扩张至1950年代的几十种粒子。可是，物理学者并不清楚它们彼此之间的关系。1961年，默里·盖尔曼与瑜法尔·尼曼分别独立地提出一种称为八重道的分类系统，以数学术语来说，就是 SU(3) 味对称性。[2][3]

这种分类系统将各种强子组织成同位旋多重态，然而，它背后的物理理论并不明朗。1964年，盖尔曼与乔治·茨威格分别独立地提出夸克模型，其最初仅仅描述了上夸克、下夸克与奇夸克的物理行为[4][5][6][7]可是，虽然夸克模型解释了八重道，并没有任何实验直接证实了夸克的存在。1968年，在史丹佛直线加速器中心，深度非弹性散射实验揭露，质子拥有内在结构，质子是由三个更为基础的粒子组成，从而夸克模型被公认为正确无误。[8][9][10]

最初，人们很不愿接受这事实，他们比较喜欢理查·费曼的部分子模型。[11][12][13]随着时间流逝，夸克理论渐渐被人们接受。更多内容，请参阅11月革命。[14]

质量

尽管上夸克极为常见，物理学者并不明确它的裸质量，其数值大概是在1.8与3.0 MeV/c2之间[1]使用格点色动力学计算可以给出比较准确的数值： 2.01±0.14 MeV/c2。[15]

夸克的质量不能够做实验直接测量，因此是相当难决定的数量。在介子或重子里，夸克的有效质量会变得很大，这是源自于夸克与夸克之间的胶子场所造成的结合能，注意到狭义相对论允许能量与质量之间的相互转换。由于上夸克的裸质量很小，它不能被直接计算出来。[16]:135

参考文献
  1. J. Beringer (Particle Data Group); et al. (PDF). Particle Data Group. 2012 [2013-02-21]. （原始内容 (PDF)存档于2013-05-12）.
  2. M. Gell-Mann. . M. Gell-Mann, Y. Ne'eman (编). . Westview Press. 2000: 11 [1964]. ISBN 0-7382-0299-1.
    Original: M. Gell-Mann. . Synchrotron Laboratory Report CTSL-20 (California Institute of Technology). 1961.
  3. Y. Ne'eman. . M. Gell-Mann, Y. Ne'eman (编). . Westview Press. 2000 [1964]. ISBN 0-7382-0299-1.
    Original Y. Ne'eman. . Nuclear Physics. 1961, 26 (2): 222. Bibcode:1961NucPh..26..222N. doi:10.1016/0029-5582(61)90134-1.
  4. M. Gell-Mann. . Physics Letters. 1964, 8 (3): 214–215. Bibcode:1964PhL.....8..214G. doi:10.1016/S0031-9163(64)92001-3.
  5. G. Zweig. . CERN Report No.8181/Th 8419. 1964.
  6. G. Zweig. . CERN Report No.8419/Th 8412. 1964.
  7. B. Carithers, P. Grannis. (PDF). Beam Line (SLAC). 1995, 25 (3): 4–16 [2008-09-23]. （原始内容存档 (PDF)于2016-12-03）.
  8. E. D. Bloom; et al. . Physical Review Letters. 1969, 23 (16): 930–934. Bibcode:1969PhRvL..23..930B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.930.
  9. M. Breidenbach; et al. . Physical Review Letters. 1969, 23 (16): 935–939. Bibcode:1969PhRvL..23..935B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.935.
  10. J. I. Friedman. . Hue University. [2008-09-29]. （原始内容存档于2008-12-25）.
  11. R. P. Feynman. . Physical Review Letters. 1969, 23 (24): 1415–1417. Bibcode:1969PhRvL..23.1415F. doi:10.1103/PhysRevLett.23.1415.
  12. S. Kretzer; et al. . Physical Review D. 2004, 69 (11): 114005. Bibcode:2004PhRvD..69k4005K. arXiv:hep-ph/0307022 可免费查阅. doi:10.1103/PhysRevD.69.114005.
  13. D. J. Griffiths. . John Wiley & Sons. 1987: 42. ISBN 0-471-60386-4.
  14. M. E. Peskin, D. V. Schroeder. . Addison–Wesley. 1995: 556. ISBN 0-201-50397-2.
  15. Cho, Adrian. . Science Magazine. April 2010 [2017-07-12]. （原始内容存档于2021-06-14）.
  16. Griffiths, David J., 2nd revised, WILEY-VCH, 2008, ISBN 978-3-527-40601-2
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