2018-08-26 17:43:48

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粒子物理学中,色荷(color charge)是夸克与胶子的一种性质,在量子色动力学(quantum chromodynamics, QCD)的架构底下,与它们之间的强相互作用有关。色荷与粒子的电荷呈类比关系,但因为QCD的数学复杂性,色荷与电荷有许多技术上的不同。夸克与胶子的「颜色」与视觉上的色彩无关,而仅仅是对於一种表现上几乎不超过原子核大小范围的性质的一项奇特名称。「颜色」这个词单纯是因为色荷有三种类形,类比於三原色;相对地,电荷就只有一种类型(但其中尚有正负之分)。

基本信息

  • 中文名

    色荷

  • 外文名

    color charge

  • 本质

    夸克与胶子的一种性质

  • 相关学科

    粒子物理学

折叠 编辑本段 简介

在1964年,夸克的存在被提出不久后,Oscar W. Greenberg引入了色荷这样的标记,以解释夸克如何能并存在一些强子之中,处在几乎相同的状态却仍满足泡利不相容原理。这概念后来证实有用。此后从1970年代,QCD开始发展,并构成粒子物理学中标准模型的重要成份。

色荷是一种具有三个可能性的新量子数。使用色荷来表示夸克的某种性质,不会有人真的认为夸克具有颜色,因为这只是个夸克的一个标签。这是用来计算与解决重子问题的的关键。例如组成Ωˉ粒子的三个奇异夸克(sss),一个是红的(r),另一个是绿的(g),第三个是蓝的(b)。

胶子负责携带与交换色荷,夸克则负责传递色荷。此外,每个夸克所携带的色荷只有一个颜色单位:如果每个夸克所携带两个色单位,它的耦合强度就是原来的两倍,这是不允许的。胶子由于是携带与交换色荷,所以胶子会携带两个色荷。

完整系列的胶子色荷组成有8个,分别为:rg反,bg反,gb反,rb反,br反,gr反,1/√6(rr反+gg反-2bb反),1/√2(rr反-gg反)。

折叠 编辑本段 色荷工作原理

我们知道胶子(gluon)是负责在两个夸克之间传递强作用力的基本粒子,类似光子负责在两个带电粒子之间传递电磁力一般。

用科学术语来说明,胶子是量子色动力学用来在两个夸克之间传递强相互作用的矢量规范玻色子。胶子本身带有强相互作用的色荷,这与光子不同,光子不带有色荷。因此,胶子不但传递强相互作用,它还参与强相互作用,这使得量子色动力学的分析远比量子电动力学困难。

所以色荷一种描述夸克和胶子的性质,和颜色没有关系。和电荷有类比性,但本质上不一样。他帮助而且直接参与强相互作用。这是我们要知道的。

具体工作原理可以这样去理解:由于胶子本身带有色荷,胶子也参与强相互作用。胶子-胶子相互作用使得色场成为像丝弦一般的物体,称为"通量管"(flux tube)。当通量管被拉长时,会出现张力,因此将夸克禁闭于强子内部,这机制有效地局限强作用力的范围半径至10−15 m以内,大约为原子核的尺寸。

当超过某特定长度后,假若连结两个夸克的通量管的长度越长,则能量越高,呈线性增长;当通量管被拉到足够长之时,在能量方面,从真空制成一个夸克-反夸克对会比一味地增加通量管长度更为有利,这时,继续拉长通量管可能会导致通量管会断裂,形成一个夸克-反夸克对。

摘自独立学者灵遁者量子力学书籍《见微知著》

折叠 编辑本段 介绍

马里兰大学的Oscar W. Greenberg引入了色荷这样的标记:

1 红、绿、蓝

2 耦合常数与色荷

3 夸克和胶子场与色荷

4 相关条目

5 参考文献

红、绿、蓝

夸克的颜色可以下面三者中的一种:"红"、"绿"或"蓝",而反夸克(antiquark)则为三者的"反色"(anticolors)中的一种,有时称作是"反红"(antired)、"反绿"(antigreen)及"反蓝"(antiblue),有些时候也会用互补色──青(cyan)、洋红(magenta)及黄(yellow)来表示。同样的模式下,胶子可说是两种颜色的混和:举例来说,红加反绿构成了此种胶子的色荷。QCD中考虑从9个可能的颜色/反色所组成的8个独特的胶子;参见胶子以了解其理由。参见耦合常数条目,以理清以下的资料。

折叠 编辑本段 耦合常数与色荷

在量子场论中,耦合常数与荷在标示上不同,但彼此相关。耦合常数设定了相互作用力的强度;举例来说,在量子电动力学中,精细结构常数是个耦合常数。规范场论中的荷则与粒子在规范对称下的转换方式有关,规范对称亦即粒子在某个规范群下的群表示(group representation)。举例来说,电子有-1的电荷而正电子有+1的电荷,暗示了规范转换(gauge transformation)在某些方面对它们则有相反的效果。特别地说,若将局域规范转换加诸到电动力学上,则可得 ,及其中Aμ是光子场,而ψ是电子场,带有Q = − 1(ψ上方的横杠表示是反粒子──正电子)。既然QCD是一个非阿贝尔式的理论,则群表示及色荷的情形会更加复杂。

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