夸克
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 由二個上夸克及一個下夸克所構成的質子 | |
| 组成 | 基本粒子 |
|---|---|
| 系 | 費米子 |
| 代 | 第一代、第二代及第三代 |
| 基本相互作用 | 電磁力、重力、強及弱 |
| 符号 | q |
| 反粒子 | 反夸克 (q) |
| 理论 | 默里·蓋爾曼 (1964年) 喬治·茨威格 (1964年) |
| 发现 | 史丹佛線性加速器中心 (約1968年) |
| 类型 | 6種 （上、下、粲、奇、頂及底） |
| 电荷 | +2⁄3 e, −1⁄3 e |
| 色荷 | 有 |
| 自旋 | 1⁄2 |
夸克（英语：quark）是一種基本粒子，也是構成物質的基本單元。夸克互相結合，形成一種複合粒子，叫強子，強子中最穩定的是質子和中子，它們是構成原子核的單元[1]。由於一種叫“夸克禁閉”的現象，夸克不能夠直接被觀測到，或是被分離出來；只能夠在強子裏面找到夸克[2][3]。因為這個原因，人類對夸克的所知大都是來自對強子的觀測。
夸克有六種“味”，分別是上、下、粲、奇、底及頂[4]。上及下夸克的質量是所有夸克中最低的。較重的夸克會通過一個叫粒子衰變的過程，來迅速地變成上或下夸克。粒子衰變是一個從高質量態變成低質量態的過程。就是因為這個原因，上及下夸克一般來說很穩定，所以它們在宇宙中很常見，而奇、粲、頂及底則只能經由高能粒子的碰撞產生（例如宇宙射線及粒子加速器）。
夸克有着多種不同的內在特性，包括電荷、色荷、自旋及質量等。在標準模型中，夸克是唯一一種能經受全部四種基本相互作用的基本粒子，基本相互作用有時會被稱為“基本力”（電磁相互作用力、萬有引力、強相互作用力及弱相互作用力）。夸克同時是現時已知唯一一種基本電荷非整數的粒子。夸克每一種味都有一種對應的反粒子，叫反夸克，它跟夸克的不同之處，只在於它的一些特性跟夸克大小一樣但正負不同。
夸克模型分別由默里·蓋爾曼與喬治·茨威格於1964年獨立地提出[5]。引入夸克這一概念，是為了能更好地整理各種強子，而當時並沒有甚麼能證實夸克存在的物理證據，直到1968年SLAC開發出深度非彈性散射實驗為止[6][7]。夸克的六種味已經全部被加速器實驗所觀測到；而於1995年在費米實驗室被觀測到的頂夸克，是最後發現的一種[5]。
目录
1 分類
2 歷史
2.1 命名
3 性質
3.1 電荷
3.2 自旋
3.3 弱相互作用
3.4 強相互作用與色荷
3.5 質量
3.6 性質列表
4 相互作用中的夸克
4.1 海夸克
4.2 夸克物質的其他相
5 另見
6 註解
7 參考資料
8 外部链接
分類
標準模型中的粒子有六種是夸克（圖中用紫色表示）。左邊的三行中，每一行構成物質的一代。
標準模型是描述所有已知基本粒子的理論框架[8]。此模型包含六種味的夸克（q）：上（u）、下（d）、奇（s）、粲（c）、底（b）及頂（t）[4]。夸克的反粒子叫反夸克，在對應的夸克符號上加一橫作為標記，例如u代表反上夸克。跟一般反物質一樣，反夸克跟對應的夸克有着相同的質量、平均壽命及自旋，但兩者的電荷及其他荷的正負則相反[9]。
夸克的自旋為1⁄2，因此根據自旋統計定理，它們是費米子。它們遵守泡利不相容原理，即兩個相同的費米子，不能同時擁有相同的量子態。這點跟玻色子相反（擁有整數自旋的粒子），在相同的量子態上，相同的玻色子沒有數量限制[10]。跟輕子不同的是，夸克擁有色荷，因此它們會參與強相互作用。因為這種夸克間吸引力的關係，而形成的複合粒子，叫做“強子”（見下文強相互作用與色荷部份）。
在強子中決定量子數的夸克叫“價夸克”；除了這些夸克，任何強子都可以含有無限量的虛（或“海”）夸克、反夸克，及不影響其量子數的膠子[11]。強子分兩種：帶三個價夸克的重子，及帶一個價夸克和一個反價夸克的介子[12]。最常見的重子是質子和中子，它們是構成原子核的基礎材料[13]。我們已經知道有很多不同的強子（見重子列表及介子列表），它們的不同點在於其所含的夸克，及這些內含物所賦予的性質。而含有更多價夸克的“奇異”強子，如四夸克粒子（qqqq）及五夸克粒子（qqqqq），目前仍在理論階段[14]，它們的存在仍未被證實[註 1][14][15]。
基本費米子被分成三代，每一代由兩個輕子和兩個夸克組成。第一代有上及下夸克，第二代有奇及魅夸克，而第三代則有頂及底夸克。過去所有搜尋第四代基本粒子的研究均以失敗告終[16]，又有有力的間接證據支持不會有超過三代[註 2][17] 。代數較高的粒子，一般會有較大的質量及較低的穩定性，於是它們會通過弱相互作用，衰變成代數較低的粒子。在自然中，只有第一代夸克（上及下）是常見的。較重的夸克只能通過高能碰撞來生成（例如宇宙射線），而且它們很快就會衰變；然而，科學家們相信大霹靂後，第一秒的最早部份會存有重夸克，那時宇宙處於溫度及密度極高的狀態（夸克時期）。重夸克的實驗研究都在人工的環境下進行，例如粒子加速器[18]。
同時擁有電荷、質量、色荷及味，夸克是唯一一種能經受現代物理全部四種相互作用的已知粒子，這四種作用為：電磁、重力、強相互作用及弱相互作用[13]。對於個別粒子的相互作用而言，除非是在極端的能量（普朗克能量）及距離尺度（普朗克距離）下，重力實在是小得微不足道。然而，由於現時仍沒有成功的量子重力理論，所以標準模型並不描述重力。
關於六種夸克味更完整的概述，可見於下文中的列表。
歷史
默里·盖尔曼，攝於2007年的TED大會。蓋爾曼與喬治·茨威格在1964年提出了夸克模型。
夸克模型於1964年由物理學家默里·蓋爾曼[19]和喬治·茨威格（George Zweig）[20][21]獨立提出[5]。在這個提案前不久的1961年，蓋爾曼提出了一種粒子分類系統，叫“八重道”——或技術上應叫特殊么正群味對稱[22]。以色列物理學家尤瓦勒·內埃曼（Yuval Ne'eman），在同年亦獨立地開發出一套跟八重道相近的理論[23][24]。
在夸克理論的初期，當時的“粒子園”除了其他各種粒子，還包括了許多強子。蓋爾曼和茨威格假定它們不是基本粒子，而是由夸克和反夸克組成的。在他們的模型中，夸克有三種味，分別是上、下及奇，他們把電荷及自旋等性質都歸因於這些味[19][20][21]。初時物理學界對於這份提案的意見不一。當時學界對於夸克的本質有所爭論，一方認為夸克是物理實體，另一方則認為，它只是用來解釋當時未明物理的抽象概念而已[25]。
在一年之內，就有人提出了蓋爾曼－茨威格模型的延伸方案。謝爾登·李·格拉肖和詹姆斯·布約肯（James Bjorken）預測有第四種夸克存在，他們把它叫做“粲”。加上第四種夸克的原因有三：一、能更好地描述弱相互作用（導致夸克衰變的機制）；二、夸克的數量會變得與當時已知的輕子數量一樣；三、能產生一條質量方程，可以計算出已知介子的質量[26]。
史丹佛線性加速器中心（SLAC）深度非彈性散射實驗在1968年指出，質子含有比自己小得多的點狀物，因此質子並非基本粒子[6][7][27]。物理學家當時並不願意把這些物體視為夸克，反而叫它們做“成子”（parton）——一個由理查德·費曼所創造的新詞[28][29][30]:42隨着更多味的發現，在SLAC所觀測到的粒子後來被鑑定為上及下夸克[31]:556。不過，“成子”一詞到現在還在使用，是重子構成物（夸克、反夸克和膠子）的總稱。
奇夸克的存在由SLAC的散射實驗間接證實：奇夸克不但是蓋爾曼和茨威格三夸克模型的必要部份，而且還解釋到1947年從宇宙射線中發現的K和π強子[32]。
在1971年的一份論文中，格拉肖、約翰·李爾普羅斯和盧奇亞諾·馬伊阿尼（Luciano Maiani）一起對當時尚未發現的魅夸克，提出更多它存在的理據[33][30]:44。到1973年，小林誠和益川敏英指出再加一對夸克，就能解釋實驗中觀測到的CP破壞[註 3][34]，於是夸克應有的味被提昇到現時的六種。
魅夸克在1974年被兩個研究小組幾乎同時發現（見十一月革命）——一組在SLAC，由伯頓·里克特領導；而另一組則在布魯克哈芬國家實驗室，由丁肇中領導。觀測到的魅夸克在介子裏面，與一個反魅夸克束縛（Bound state）在一起。兩組分別為這種介子起了不同的名子：J及ψ；因此這種粒子的正式名子叫J/ψ介子。這個發現終於使物理學界相信夸克模型是正確的[30]。
在之後的幾年，有一些把夸克數量增至六個的提案。其中，以色列物理學家哈伊姆·哈拉里（Haim Harari）在1975年的論文[35]中，最早把加上的夸克命名為“頂”及“底”[36]:31-33。
底夸克在1977年被利昂·萊德曼領導的費米實驗室研究小組觀測到[37][38]。這是一個代表頂夸克存在的有力徵兆：沒有頂夸克的話，底夸克就沒有伴侶。然而一直都沒有觀測到頂夸克，直至1995年，終於被費米實驗室的CDF[39]及DØ小組[40]觀測到[5]。它的質量比之前預料的要大得多[36]:144——幾乎跟金原子一樣重[41]。
命名
蓋爾曼原本想用鴨的叫聲來命名夸克[42]。開始時他並不太確定自己這個新詞的實際拼法，直到他在詹姆斯·喬伊斯小說《芬尼根的守灵夜》裏面找到“夸克”這個詞：
| “ | 向麥克老大三呼夸克！ | ” |
| —— 《芬尼根的守灵夜》, 詹姆斯·喬伊斯 [43] | ||
蓋爾曼在其著作《夸克與美洲豹》中，更詳細地述說了夸克這個詞的由來[44]：
| “ | 在1963年，我把核子的基本構成部份命名為“夸克”（quark），我先有的是聲音，而沒有拼法，所以當時也可以寫成“郭克”（kwork）。不久之後，在我偶爾翻閱詹姆斯·喬伊斯所著的《芬尼根的守灵夜》時，我在“向麥克老大三呼夸克”這句中看到夸克這個詞。由於“夸克”（字面上意為海鷗的叫聲）很明顯是要跟“麥克”及其他這樣的詞押韻，所以我要找個藉口讓它讀起來像“郭克”。但是書中代表的是酒館老闆伊厄威克的夢，詞源多是同時有好幾種。書中的詞很多時候是酒館點酒用的詞。所以我認為或許“向麥克老大三呼夸克”源頭可能是“敬麥克老大三個夸脫”，那麼我要它讀“郭克”也不是完全沒根據。再怎麼樣，字句裏的三跟自然中夸克的性質完全不謀而合。 | ” |
茨威格則用“埃斯”（Ace）來稱呼他所理論化的粒子，但是在夸克模型被廣泛接納時，蓋爾曼的用詞就變得很有名[45]。很多中国物理学家则称夸克为“层子”，在台灣亦曾翻譯「虧子」，但並不普遍使用。
夸克味的命名都是有原因的。上及下夸克被這樣叫，是源於同位旋的上及下分量，而它們確實各自帶有這樣一個量[46]。奇夸克這個名字，是因為它們是在宇宙射線的奇異粒子中被發現的，發現奇異粒子的時候還沒有夸克理論；它們被視為“奇異”，是因為它們的壽命不尋常地長[47]。跟布約肯一起提出魅夸克的格拉肖說過：“我們把它叫魅夸克，是因為在構建它的過程中，見到它為亞原子世界所帶來的對稱，我們被這種美迷住了，對成果感到很滿意。”[48]至於“頂”和“底”這兩個名字，哈拉里決定這樣做，是因為“它們是上及下夸克邏輯上的伙伴”[35][36][47]。在過往，底及頂夸克有時會分別被叫作“美”及“真”夸克，但這兩個名字現在已經很少人會用[49]:133。
性質
電荷
夸克的電荷值為分數——基本電荷的−1⁄3倍或+2⁄3倍，隨味而定。上、粲及頂夸克（這三種叫“上型夸克”）的電荷為+2⁄3，而下、奇及底夸克（這三種叫“下型夸克”）的則為−1⁄3。反夸克與其所對應的夸克電荷相反；上型反夸克的電荷為−2⁄3，而下型反夸克的電荷則為+1⁄3。由於強子的電荷，為組成它的夸克的電荷總和，所以所有強子的電荷均為整數：三個夸克的組合（重子）、三個反夸克（反重子），或一個夸克配一個反夸克（介子），加起來電荷值都是整數[50]。例如，組成原子核的強子，中子和質子，其電荷分別為0及+1；中子由兩個下夸克和一個上夸克組成，而質子則由兩個上夸克和一個下夸克組成[13]。
自旋
自旋是基本粒子的一種內在特性，它的方向是一項重要的自由度。在視像化時，有時它會被視為一沿着自己中軸轉動的物體（所以名叫“自旋”）。
自旋可以用向量來代表，其長度可用約化普朗克常數ħ來量度。量度夸克時，在任何軸上量度自旋的向量分量，結果皆為+ħ/2或−ħ/2；因此夸克是一種自旋1⁄2粒子[49]:80–90。沿某一軸（慣例上為z軸）上的旋轉分量，一般用上箭頭↑來代表+1⁄2，下箭頭↓來代表−1⁄2，然後在後加上味的符號。例如，一自旋為+1⁄2的上夸克可被寫成u↑[51]。
弱相互作用
圖為β衰變的費曼圖，時間箭頭向上。CKM矩陣（詳見下文）包含了β及其他夸克衰變的發生概率。
夸克只能通過弱相互作用，由一種味轉變成另一種味，弱相互作用是粒子物理學的四種基本相互作用之一。任何上型的夸克（上、粲及頂夸克），都可以通過吸收或釋放一W玻色子，而變成下型的夸克（下、奇及底夸克），反之亦然。這種變味機制正是導致β衰變這種放射過程的原因，在β衰變中，一中子（n）“分裂”成一質子（p）、一電子（e−
）及一反電中微子（ν
e）（見右圖）。在β衰變發生時，中子（udd）內的一下夸克在釋放一虛W−
玻色子後，隨即衰變成一上夸克，於是中子就變成了質子（uud）。隨後W−
玻色子衰變成一電子及一反電中微子[30]:307ff。
| n | → | p | + | e− | + | ν e | （β衰變，重子標記） |
udd | → | uud | + | e− | + | ν e | （β衰變，夸克標記） |
β衰變及其逆過程“逆β過程”在醫學上都有常規性的應用，例如正電子發射計算機斷層掃描。這兩個過程在高能實驗中也有應用，例如中微子探測。
圖為六種夸克間弱相互作用的強度。線的“深淺”由CKM矩陣的元決定。
儘管所有夸克的變味過程都一樣，每一種夸克都偏向於變成跟自己同一代的另一夸克。所有味變的這種相對趨勢，都是由一個數學表來描述，叫卡比博-小林-益川矩陣（CKM矩陣）。CKM矩陣內所有數值的大約大小如下[52]：
[|Vud||Vus||Vub||Vcd||Vcs||Vcb||Vtd||Vts||Vtb|]≈[0.9740.2250.0030.2250.9730.0410.0090.0400.999]{displaystyle {begin{bmatrix}|V_{mathrm {ud} }|&|V_{mathrm {us} }|&|V_{mathrm {ub} }|\|V_{mathrm {cd} }|&|V_{mathrm {cs} }|&|V_{mathrm {cb} }|\|V_{mathrm {td} }|&|V_{mathrm {ts} }|&|V_{mathrm {tb} }|end{bmatrix}}approx {begin{bmatrix}0.974&0.225&0.003\0.225&0.973&0.041\0.009&0.040&0.999end{bmatrix}}}，
其中Vij 代表一夸克味i 變成夸克味j（反之亦然）的可能性[註 4]。
輕子（上圖β衰變中在W玻色子右邊的粒子）也有一個等效的弱相互作用矩陣，叫龐蒂科夫-牧-中川-坂田矩陣（PMNS矩陣）[53]。PMNS矩陣及CKM矩陣合起來能夠描述所有味變，但兩者間的關係並不明朗[54]。
強相互作用與色荷
不论种类，强子的总色荷为零。
夸克有一種叫“色荷”的性質。色荷共分三種，可任意標示為“藍”、“綠”及“紅”[註 5]每一種色荷都有其對應的反色荷——“反藍”、“反綠”及“反紅”。每一個夸克都帶一種色，而每一個反夸克則帶一種反色。[55]
掌管夸克間吸引及排斥的系統，是由三種色的各種不同組合所負責，叫強相互作用，它是由一種叫膠子的規範玻色子所傳遞的；下文中有關於膠子更詳細的討論。描述強相互作用的理論叫量子色動力學（QCD）。一個帶某色荷的夸克，可以和一個帶對應反色荷的反夸克，一起生成一束縛系統；三個（反）色荷各異的（反）夸克，也就是三種色每種一個，同樣也可以束縛在一起。兩個互相吸引的夸克會達至色中性：一夸克帶色荷ξ，加上一個帶色荷−ξ的反夸克，結合後色荷為零（或“白”色），成為一個介子。跟基本光學的顏色疊加一樣，把三個色荷互不相同的夸克或三個這樣的反夸克組合在一起，就會同樣地得到“白”的色荷，成為一個重子或反重子[56]。
在現代粒子物理學中，聯繫粒子相互作用的，是一種叫規範對稱的空間對稱群（見規範場論）。色荷SU(3)（一般簡寫成SU(3)c）是夸克色荷的規範對稱，也是量子色動力學的定義對稱[31]:part III}。物理學定律不受空間的方向（如x、y及z）所限，即使座標軸旋轉到一個新方向，定律依然不變，量子色動力學的物理也一樣，不受三維色空間的方向影響，色空間的三個方向分別為藍、紅和綠。SU(3)c的色變與色空間的“旋轉”相對應（數學上，色空間是複數空間）。每一種夸克味，f，下面都有三種小分類fB、fG和fR，對應三種夸克色藍、綠和紅[57]，形成一個三重態：一股有三個分量的量子場，並且在變換時遵從SU(3)c的基本表示[58]。這個時候SU(3)c應是局部的，這個要求換句話說，就是容許變換隨空間及時間而定，所以說這個局部表示決定了強相互作用的性質，尤其是有八種載力用膠子這一點[31]:part III[59]。
質量
在提及夸克質量時，需要用到兩個詞：一個是“淨夸克質量”，也就是夸克本身的質量；另一個是“組夸克質量”，也就是淨夸克質量加上其周圍膠子場的質量[60]。這兩個質量的數值一般相差甚遠。一個強子中的大部份的質量，都屬於把夸克束縛起來的膠子，而不是夸克本身。儘管膠子的內在質量為零，它們擁有能量——更準確地，應為量子色動力學束縛能（QCBE）——就是它為強子提供了這麼多的質量（見狹義相對論中的質量）。例如，一個質子的質量約為938 MeV/c2，其中三個價夸克大概只有11 MeV/c2；其餘大部份質量都可以歸咎於膠子的QCBE[61][62]。
標準模型假定所有基本粒子的質量，都是來自希格斯機制，而這個機制跟希格斯玻色子有關係。頂夸克有着很大的質量，一個頂夸克大約跟一個金原子核一樣重（~171 GeV/c2）[61][63]，而透過研究為甚麼頂夸克的質量那麼大，物理學家希望能找到更多有關於夸克，及其他基本粒子的質量來源[64]。
性質列表
下表總結了六種夸克的關鍵性質。每種夸克味都有自己的一組味量子數（同位旋（I3）、魅數（C）、奇異數（S）、頂數（T）及底數（B′）），它們代表着夸克系統及強子的一些特性。因為重子由三個夸克組成，所以所有夸克的重子數（B）均為+1⁄3。反夸克的話，電荷（Q）及其他味量子數（B、I3、C、S、T及B′）都跟夸克的差一個正負號。質量和總角動量（J；相等於點粒子的自旋）不會因為反粒子而變號。
夸克按其特性分为三代，如下表所示：
| 名稱 | 符號 | 質量（MeV/c2）* | J | B | Q | I3 | C | S | T | B′ | 反粒子 | 反粒子符號 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
第一代 | ||||||||||||
| 上 | u | 1.7 to 3.3 | 1⁄2 | +1⁄3 | +2⁄3 | +1⁄2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 反上 | u |
| 下 | d | 4.1 to 5.8 | 1⁄2 | +1⁄3 | −1⁄3 | −1⁄2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 反下 | d |
第二代 | ||||||||||||
| 粲 | c | 1,270+70 −90 | 1⁄2 | +1⁄3 | +2⁄3 | 0 | +1 | 0 | 0 | 0 | 反粲 | c |
| 奇 | s | 101+29 −21 | 1⁄2 | +1⁄3 | −1⁄3 | 0 | 0 | −1 | 0 | 0 | 反奇 | s |
第三代 | ||||||||||||
| 頂 | t | 172,000±900 ±1,300 | 1⁄2 | +1⁄3 | +2⁄3 | 0 | 0 | 0 | +1 | 0 | 反頂 | t |
| 底 | b | 4,190+180 −60 | 1⁄2 | +1⁄3 | −1⁄3 | 0 | 0 | 0 | 0 | −1 | 反底 | b |
J = 總角動量、B = 重子數、Q = 電荷、I3 = 同位旋, C = 魅數、S = 奇異數、T = 頂數及B′ = 底數。
* 像4,190+180
−60 這樣的標記代表量測不確定度。以頂夸克為例，第一個不確定度是自然中的隨機，第二個是系統的。
註：每一味夸克都具有紅、綠及藍三種色的版本，但對上表所列的性質而言，三種版本都一樣，故不列出。
相互作用中的夸克
就像量子色動力學所描述的，夸克間的強相互作用由膠子傳遞，膠子是無質量的向量規範玻色子。每一個膠子帶有一種色及一種反色。在粒子相互作用的標準框架下（它是通用表述微擾理論的一部份），膠子通過發射與吸收虛粒子，不斷在夸克間進行交換。當膠子在夸克間轉換時，兩者的色荷都會改變；例如一紅夸克在發射出一紅－反綠膠子後，它就會變成綠夸克，又例如一綠夸克在吸收了一紅－反綠膠子，它就會變成紅夸克。因此，儘管夸克的色不斷在變，但是它們間的強相互作用是維持着的[65][66]:45-47[67]:85。
由於膠子帶色荷，所以它們自己能發射及吸收其他膠子。因此導致“漸近自由”：當兩個夸克間的距離愈來愈近時，它們之間的色動束縛力就愈來愈弱[67]:400ff。相反地，當夸克間的距離愈來愈遠時，束縛力就愈來愈強。色場開始受到“應力”影響而不穩定，就像橡皮筋拉長時受應力影響而快斷開一樣，於是色場就會自發地生成許多合適色荷的膠子，來強化色場。當能量過了一個底限時，就會開始生成夸克和反夸克對。這些對與分離中的夸克束縛在一起，形成新的強子。這個現象叫“夸克禁閉”：夸克不能單獨存在[66]:295–297[68] 。夸克在高能碰撞中生成後，在能與其他夸克作出任何相互作用之前，就會發生強子化這個過程。唯一的例外是頂夸克，因為它會在強子化前先衰變[69]。
海夸克
除影響量子數的價夸克（(q
v）之外，強子也含有虛夸克－反夸克對（qq），這些對粒子叫“海夸克”（q
s）。當強子色場的膠子分裂時，就會產生海夸克；以上過程的逆過程也會發生，當兩個海夸克湮滅時，會產生一個膠子。於是膠子就會持續地分裂與生成，形成所謂的“海”[70]。海夸克比價夸克不穩定得多，它們一般會在強子內部互相湮滅。儘管如此，海夸克在某些情況下還是會強子化，形成重子或介子類的粒子[71]。
夸克物質的其他相
夸克物质的性质描述相图。图中准确的细节，仍是进行中的研究课题[72][73]。
在足夠極端的條件下，夸克可能會脫離禁閉，成為自由粒子。在漸近自由的演變下，高溫時的強相互作用變得較弱。最後，色禁閉會失效，形成一股超熱電漿體，由自由移動的夸克與膠子組成。這種物質的理論相叫夸克－膠子漿[74]。需要達到這個相的確切條件，現時仍是未知，但這方面一直都有不少的推測及實驗。溫度需求的近期估計為1.90±0.02×1012 開爾文[75]。雖然夸克及膠子的完全自由態從未被實現（儘管歐洲核子研究組織在1980年代至90年代間嘗試過許多次），但是在相對論性重離子對撞機的近期實驗中，有證據指出像液體的夸克物質，能展示出“近乎完美”的流體運動[76]。
夸克－膠子漿的特點是，相對於上及下夸克對的數量，重夸克對的數量大幅提昇。宇宙學家們相信，在大霹靂後10−6秒之前（夸克時期），宇宙裏充滿着這種夸克－膠子漿，因為當時的溫度實在太高，重子會不穩定[77]。
當重子密度足夠高時，且溫度相對地低——大概可以跟中子星相比的條件——根據理論預測，夸克物質會退化成一弱作用夸克的費米液體。這種液體的特點是，它是由帶色夸克的庫珀對凝聚而成的，因此會對局部SU(3)c對稱性造成破缺。由於庫珀對含有色荷，所以這樣的一種夸克物質相，叫色超導體，此時色荷能夠在無色阻的情況下通過[78]。
另見
- 夸克星
- 奇異夸克團
- 毛粒子
註解
^ 2000年代初，有幾個研究小組聲稱，已證實了四夸克粒子與五夸克粒子的存在。儘管四夸克粒子的情況目前仍在爭論中，但是所有五夸克候選粒子都已被證實不存在。
^ 主要證據是基於Z0
玻色子的共振寬度，它限制了第四代中微子的質量，此時質量需要大於~45 GeV/c2。與其他三代的中微子相比，它們的質量不高於2 MeV/c2，可見兩者形成非常大的對比。
^ 在弱相互作用下的一個反應中，當左右被逆轉（P對稱），且粒子被換成反粒子（C對稱）後，CP破壞會使這個反應的前後不一樣。
^ 從一夸克衰變至另一夸克的實際概率，是一個包含衰變夸克質量、衰變產物質量及對應CKM矩陣元等變數的複雜函數。該概率與CKM矩陣對應項(|Vij|2) 的平方成正比（但不相等）。
^ 儘管名字中有顏色，色荷跟可見光的色譜並沒有關係。
參考資料
^ Quark (subatomic particle). Encyclopædia Britannica. [2008-06-29].
^
R. Nave. Confinement of Quarks. HyperPhysics. Georgia State University, Department of Physics and Astronomy. [2008-06-29].
^
R. Nave. Bag Model of Quark Confinement. HyperPhysics. Georgia State University, Department of Physics and Astronomy. [2008-06-29].
^ 4.04.1
R. Nave. Quarks. HyperPhysics. Georgia State University, Department of Physics and Astronomy. [2008-06-29].
^ 5.05.15.25.3
B. Carithers, P. Grannis. Discovery of the Top Quark (PDF). Beam Line (SLAC). 1995, 25 (3): 4–16 [2008-09-23].
^ 6.06.1
E.D. Bloom; 等. High-Energy Inelastic e–p Scattering at 6° and 10°. Physical Review Letters. 1969, 23 (16): 930–934. Bibcode:1969PhRvL..23..930B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.930. 引文格式1维护：显式使用等标签 (link)
^ 7.07.1
M. Breidenbach; 等. Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering. Physical Review Letters. 1969, 23 (16): 935–939. Bibcode:1969PhRvL..23..935B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.935. 引文格式1维护：显式使用等标签 (link)
^
C. Amsler et al. (Particle Data Group). Higgs Bosons: Theory and Searches (PDF). Physics Letters B. 2008, 667 (1): 1–1340. Bibcode:2008PhLB..667....1P. doi:10.1016/j.physletb.2008.07.018.
^
S.S.M. Wong. Introductory Nuclear Physics 2nd. Wiley Interscience. 1998: 30. ISBN 0-471-23973-9.
^
K.A. Peacock. The Quantum Revolution. Greenwood Publishing Group. 2008: 125. ISBN 031333448X.
^
B. Povh, C. Scholz, K. Rith, F. Zetsche. Particles and Nuclei. Springer. 2008: 98. ISBN 3540793674.
^ Section 6.1. in
P.C.W. Davies. The Forces of Nature. Cambridge University Press. 1979. ISBN 052122523X.
^ 13.013.113.2
M. Munowitz. Knowing. Oxford University Press. 2005: 35. ISBN 0195167376.
^ 14.014.1
W.-M. Yao et al. (Particle Data Group). Review of Particle Physics: Pentaquark Update (PDF). Journal of Physics G. 2006, 33 (1): 1–1232. Bibcode:2006JPhG...33....1Y. arXiv:astro-ph/0601168. doi:10.1088/0954-3899/33/1/001.
^
C. Amsler et al. (Particle Data Group). Review of Particle Physics: Pentaquarks (PDF). Physics Letters B. 2008, 667 (1): 1–1340. Bibcode:2008PhLB..667....1P. doi:10.1016/j.physletb.2008.07.018.
C. Amsler et al. (Particle Data Group). Review of Particle Physics: New Charmonium-Like States (PDF). Physics Letters B. 2008, 667 (1): 1–1340. Bibcode:2008PhLB..667....1P. doi:10.1016/j.physletb.2008.07.018.
E.V. Shuryak. The QCD Vacuum, Hadrons and Superdense Matter. World Scientific. 2004: 59. ISBN 9812385746.
^
C. Amsler et al. (Particle Data Group). Review of Particle Physics: b′ (4th Generation) Quarks, Searches for (PDF). Physics Letters B. 2008, 667 (1): 1–1340. Bibcode:2008PhLB..667....1P. doi:10.1016/j.physletb.2008.07.018.
C. Amsler et al. (Particle Data Group). Review of Particle Physics: t′ (4th Generation) Quarks, Searches for (PDF). Physics Letters B. 2008, 667 (1): 1–1340. Bibcode:2008PhLB..667....1P. doi:10.1016/j.physletb.2008.07.018.
^
D. Decamp. Determination of the number of light neutrino species. Physics Letters B. 1989, 231 (4): 519. Bibcode:1989PhLB..231..519D. doi:10.1016/0370-2693(89)90704-1.
A. Fisher. Searching for the Beginning of Time: Cosmic Connection. Popular Science. 1991, 238 (4): 70.
J.D. Barrow. The Singularity and Other Problems. The Origin of the Universe Reprint. Basic Books. 1997 [1994]. ISBN 978-0465053148.
^
D.H. Perkins. Particle Astrophysics. Oxford University Press. 2003: 4. ISBN 0198509529.
^ 19.019.1
M. Gell-Mann. A Schematic Model of Baryons and Mesons. Physics Letters. 1964, 8 (3): 214–215. Bibcode:1964PhL.....8..214G. doi:10.1016/S0031-9163(64)92001-3.
^ 20.020.1
G. Zweig. An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking (PDF). CERN Report No.8182/TH.401. 1964. （原始内容 (PDF)存档于2010-06-03）.
^ 21.021.1
G. Zweig. An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II. CERN Report No.8419/TH.412. 1964.
^
M. Gell-Mann. The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry. (编) M. Gell-Manm, Y. Ne'emann. The Eightfold Way. Westview Press. 2000: 11 [1964]. ISBN 0-7382-0299-1.
Original: M. Gell-Mann. The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry. Synchroton Laboratory Report CTSL-20 (California Institute of Technology). 1961.
^
Y. Ne'emann. Derivation of strong interactions from gauge invariance. (编) M. Gell-Manm, Y. Ne'emann. The Eightfold Way. Westview Press. 2000 [1964]. ISBN 0-7382-0299-1.
Original Y. Ne'emann. Derivation of strong interactions from gauge invariance. Nuclear Physics. 1961, 26: 222. Bibcode:1961NucPh..26..222N. doi:10.1016/0029-5582(61)90134-1.
^
R.C. Olby; G.N. Cantor. Companion to the History of Modern Science. Taylor & Francis. 1996: 673. ISBN 0-415-14578-3.
^
A. Pickering. Constructing Quarks. University of Chicago Press. 1984: 114–125. ISBN 0226667995.
^
B.J. Bjorken, S.L. Glashow. Elementary Particles and SU(4). Physics Letters. 1964, 11 (3): 255–257. Bibcode:1964PhL....11..255B. doi:10.1016/0031-9163(64)90433-0.
^
J.I. Friedman. The Road to the Nobel Prize. Hue University. [2017-06-13].
^
R.P. Feynman. Very High-Energy Collisions of Hadrons. Physical Review Letters. 1969, 23 (24): 1415–1417. Bibcode:1969PhRvL..23.1415F. doi:10.1103/PhysRevLett.23.1415.
^
S. Kretzer; 等. CTEQ6 Parton Distributions with Heavy Quark Mass Effects. Physical Review D. 2004, 69 (11): 114005. Bibcode:2004PhRvD..69k4005K. arXiv:hep-ph/0307022. doi:10.1103/PhysRevD.69.114005. 引文格式1维护：显式使用等标签 (link)
^ 30.030.130.230.3
D.J. Griffiths. Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. 1987. ISBN 0-471-60386-4.
^ 31.031.131.2
M.E. Peskin, D.V. Schroeder. An introduction to quantum field theory. Addison–Wesley. 1995. ISBN 0-201-50397-2.
^
V.V. Ezhela. Particle physics. Springer. 1996: 2. ISBN 1563966425.
^
S.L. Glashow, J. Iliopoulos, L. Maiani. Weak Interactions with Lepton–Hadron Symmetry. Physical Review D. 1970, 2 (7): 1285–1292. Bibcode:1970PhRvD...2.1285G. doi:10.1103/PhysRevD.2.1285.
^
M. Kobayashi, T. Maskawa. CP-Violation in the Renormalizable Theory of Weak Interaction (PDF). Progress of Theoretical Physics. 1973, 49 (2): 652–657. Bibcode:1973PThPh..49..652K. doi:10.1143/PTP.49.652.
^ 35.035.1
H. Harari. A new quark model for hadrons. Physics Letters B. 1975, 57B: 265. Bibcode:1975PhLB...57..265H. doi:10.1016/0370-2693(75)90072-6.
^ 36.036.136.2
K.W. Staley. The Evidence for the Top Quark. Cambridge University Press. 2004. ISBN 9780521827102.
^
S.W. Herb; 等. Observation of a Dimuon Resonance at 9.5 GeV in 400-GeV Proton-Nucleus Collisions. Physical Review Letters. 1997, 39: 252. Bibcode:1977PhRvL..39..252H. doi:10.1103/PhysRevLett.39.252. 引文格式1维护：显式使用等标签 (link)
^ M. Bartusiak. A Positron named Priscilla. National Academies Press. 1994: 245. ISBN 0309048931.
^
F. Abe et al. (CDF Collaboration). Observation of Top Quark Production in pp Collisions with the Collider Detector at Fermilab. Physical Review Letters. 1995, 74: 2626–2631. Bibcode:1995PhRvL..74.2626A. PMID 10057978. doi:10.1103/PhysRevLett.74.2626.
^
S. Abachi et al. (DØ Collaboration). Search for High Mass Top Quark Production in pp Collisions at √s = 1.8 TeV. Physical Review Letters. 1995, 74: 2422–2426. Bibcode:1995PhRvL..74.2422A. doi:10.1103/PhysRevLett.74.2422.
^
New Precision Measurement of Top Quark Mass. Brookhaven National Laboratory News. [2008-09-24].
^
J. Gribbin, M. Gribbin. Richard Feynman: A Life in Science. Penguin Books. 1997: 194. ISBN 0-452-27631-4.
^
J. Joyce. Finnegans Wake. Penguin Books. 1982: 383 [1939]. ISBN 0-14-00-6286-6. LCCN 59-354.
^
M. Gell-Mann. The Quark and the Jaguar: Adventures in the Simple and the Complex. Henry Holt and Co. 1995: 180. ISBN 978-0805072532.
^
J. Gleick. Genius: Richard Feynman and modern physics. Little Brown and Company. 1992: 390. ISBN 0-316-903167.
^
J.J. Sakurai. S.F Tuan, 编. Modern Quantum Mechanics Revised. Addison–Wesley. 1994: 376. ISBN 0-201-53929-2.
^ 47.047.1
D.H. Perkins. Introduction to high energy physics. Cambridge University Press. 2000: 8. ISBN 0521621968.
^
M. Riordan. The Hunting of the Quark: A True Story of Modern Physics. Simon & Schuster. 1987: 210. ISBN 9780671504663.
^ 49.049.1
F. Close. The New Cosmic Onion. CRC Press. 2006. ISBN 1584887982.
^
G. Fraser. The New Physics for the Twenty-First Century. Cambridge University Press. 2006: 91. ISBN 0521816009.
^
D. Lincoln. Understanding the Universe. World Scientific. 2004: 116. ISBN 9812387056.
^
K. Nakamura; 等. Review of Particles Physics: The CKM Quark-Mixing Matrix (PDF). J. Phys. G. 2010, 37 (075021): 150. 引文格式1维护：显式使用等标签 (link)
^
Z. Maki, M. Nakagawa, S. Sakata. Remarks on the Unified Model of Elementary Particles (PDF). Progress of Theoretical Physics. 1962, 28 (5): 870. Bibcode:1962PThPh..28..870M. doi:10.1143/PTP.28.870.
^
B.C. Chauhan, M. Picariello, J. Pulido, E. Torrente-Lujan. Quark–lepton complementarity, neutrino and standard model data predict θPMNS
13 = 9+1
−2 °. European Physical Journal. 2007, C50 (3): 573–578. Bibcode:2007EPJC...50..573C. arXiv:hep-ph/0605032. doi:10.1140/epjc/s10052-007-0212-z.
^
R. Nave. The Color Force. HyperPhysics. Georgia State University, Department of Physics and Astronomy. [2009-04-26].
^
B.A. Schumm. Deep Down Things. Johns Hopkins University Press. 2004: 131–132. ISBN 080187971X. OCLC 55229065.
^
V. Icke. The force of symmetry. Cambridge University Press. 1995: 216. ISBN 052145591X.
^
M.Y. Han. A story of light. World Scientific. 2004: 78. ISBN 9812560343.
^
C. Sutton. Quantum chromodynamics (physics). Encyclopædia Britannica Online. [2009-05-12].
^
A. Watson. The Quantum Quark. Cambridge University Press. 2004: 285–286. ISBN 0521829070.
^ 61.061.161.2
K. Nakamura et al. (Particle Data Group). Review of Particle Physics: Quarks (PDF). Journal of Physics G. 2010, 37: 075021. Bibcode:2010JPhG...37g5021N. doi:10.1088/0954-3899/37/7A/075021.
^
W. Weise, A.M. Green. Quarks and Nuclei. World Scientific. 1984: 65–66. ISBN 9971966611.
^
D. McMahon. Quantum Field Theory Demystified. McGraw–Hill. 2008: 17. ISBN 0071543821.
^
S.G. Roth. Precision electroweak physics at electron–positron colliders. Springer. 2007: VI. ISBN 3540351647.
^
R.P. Feynman. QED: The Strange Theory of Light and Matter 1st. Princeton University Press. 1985: 136–137. ISBN 0-691-08388-6.
^ 66.066.1
M. Veltman. Facts and Mysteries in Elementary Particle Physics. World Scientific. 2003. ISBN 981238149X.
^ 67.067.1
F. Wilczek, B. Devine. Fantastic Realities. World Scientific. 2006. ISBN 981256649X.
^
T. Yulsman. Origin. CRC Press. 2002: 55. ISBN 075030765X.
^
F. Garberson. Top Quark Mass and Cross Section Results from the Tevatron. 2008. arXiv:0808.0273 [hep-ex].
^
J. Steinberger. Learning about Particles. Springer. 2005: 130. ISBN 3540213295.
^
C.-Y. Wong. Introduction to High-energy Heavy-ion Collisions. World Scientific. 1994: 149. ISBN 9810202636.
^ 72.072.172.2
S.B. Rüester, V. Werth, M. Buballa, I.A. Shovkovy, D.H. Rischke. The phase diagram of neutral quark matter: Self-consistent treatment of quark masses. Physical Review D. 2005, 72: 034003. Bibcode:2005PhRvD..72c4004R. arXiv:hep-ph/0503184. doi:10.1103/PhysRevD.72.034004.
^ 73.073.173.2
M.G. Alford, K. Rajagopal, T. Schaefer, A. Schmitt. Color superconductivity in dense quark matter. Reviews of Modern Physics. 2008, 80: 1455–1515. Bibcode:2008RvMP...80.1455A. arXiv:0709.4635. doi:10.1103/RevModPhys.80.1455.
^
S. Mrowczynski. Quark–Gluon Plasma. Acta Physica Polonica B. 1998, 29: 3711. Bibcode:1998AcPPB..29.3711M. arXiv:nucl-th/9905005.
^
Z. Fodor, S.D. Katz. Critical point of QCD at finite T and μ, lattice results for physical quark masses. Journal of High Energy Physics. 2004, 2004: 50. Bibcode:2004JHEP...04..050F. arXiv:hep-lat/0402006. doi:10.1088/1126-6708/2004/04/050.
^ RHIC Scientists Serve Up "Perfect" Liquid. Brookhaven National Laboratory News. 2005 [2009-05-22]. （原始内容存档于2013-04-15）.
^
T. Yulsman. Origins: The Quest for Our Cosmic Roots. CRC Press. 2002: 75. ISBN 075030765X.
^
A. Sedrakian, J.W. Clark, M.G. Alford. Pairing in fermionic systems. World Scientific. 2007: 2–3. ISBN 9812569073.
外部链接
 | 维基共享资源中相关的多媒体资源：夸克 |
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- 伯頓·里克特於1969年的諾貝爾物理學奬學術演講
- 丁肇中於1969年的諾貝爾物理學奬學術演講
- 小林誠於2008年的諾貝爾物理學奬學術演講
- 益川敏英於2008年的諾貝爾物理學奬學術演講
- 夸克之舞
頂夸克與希格斯玻色子，T·A·賀本海默著 —— CERN計量夸克代的實驗描述
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