Page 109 - 世界学

第三章 微观世界学 093

（3）核反应研究和中子弹
中子是研究核反应很好的轰击粒子，由于它不带电，即使能量很低，也能引起

核反应。用它轰击原子核来引出核子反应。这就是中子弹。中子弹在爆炸释放大量
的高能中子，是以高能中子辐射为主要杀伤的小型氢弹。

三、夸克层次

（一）夸克的发现过程

夸克（quark）是比质子、中子更微小的物质组成粒子。1963 年，美国物理学

家被利昂·盖尔曼（Murray Gell-Mann）和乔治·茨威格（George Zweig）各自独
立提出了强子的夸克模型，提出物质组成的新理论，主张当时科学家所认知构成物

质的最小粒子中子、质子等是由更基本的粒子“夸克”所构成的，并提出三种夸克，
分别命名为上夸克（up，u）、下夸克（down，d）和奇异夸克（strange，s）。

夸克并不会自然、独立存在于自然界中。只有当粒子（电子或质子）以极高的
速度（接近光速）发生碰撞时，才有可能产生，且由于碰撞产生的夸克能量相当高，

它很快就会衰变成其他物质。因此，只有在实验室中，以粒子加速器将电子或质子
加速，并使它们在高速下发生碰撞，同时以极精密的仪器进行测量，才能推论出夸
克的存在。以后经由实验观测与理论推算，科学家认为夸克应该有 6 种。

奇夸克的存在由 SLAC 的散射实验间接证实：奇夸克不但是盖尔曼和茨威格三
夸克模型的必要部分，而且还解释了 1947 年从宇宙射线中发现的 K 介子和 π 介子。

粲夸克（charm，c）在 1974 年被两个研究小组几乎同时发现：一组在 SLAC，
由伯顿·里克特（Burton Richter）领导；而另一组则在布鲁克黑文国家实验室，由
丁肇中（Samuel Chao Chung Ting）领导。观测到的粲夸克在介子里面，与一个反

粲夸克束缚在一起。两组分别为这种介子起了不同的名字—J 及 ψ，因此这种粒子
的正式名字叫 J/ψ 介子。这个发现终于使物理学界相信夸克模型是正确的。

这第四种夸克及粲数的存在，不久便因一系列的新粒子 ψ′、ψ″、D、F、
ηc 等的发现而得到进一步的证实。

到 1973 年，小林诚（Makoto Kobayashi）和益川敏英（Toshihide Maskawa）
指出再加一对夸克，就能解释实验中观测到的 CP 破坏，于是夸克应有的味被提升