摘要:
自有人类以来,人们对自然界的好奇与探索从未停止。其中一个核心的问题便是这个世界由什么构成的,它们之间的相互作用又是怎么样的?现代物理科学认为自然界存在四种基本的相互作用:强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用与引力相互作用。其中强相互作用使得夸克可以组成质子与中子,而质子与中子又能组成原子核。原子核加上外层电子可以组成原子,原子还可以组合成分子。原子与分子构成了我们绝大部分的可见世界。注意到质子和中子都是由三个夸克通过胶子传递强相互作用组成的。那么如果不是三个夸克,而是两个夸克(事实上是正反夸克对)能不能构成一个相对稳定的结构呢?答案是肯定的。这种构成称为介子。第一个被发现的介子是π介子,它是在1948年由英国物理学家鲍威尔等人在高空宇宙线实验中发现的。因为当时质子与中子的质量比π介子大,所以人们把由三个夸克组成的粒子称为重子,而两个夸克组成的粒子称为介子。虽然后来又发现了比质子质量大得多的介子,但此名称一直延续了下来。利用宇宙线实验毕竟是“靠天吃饭”,为了加快对亚原子粒子的研究,实验物理学家们开始兴建加速器,发展高能粒子探测技术。在此之后,加速器实验中又发现大量不同的介子和重子,总计约两百多种。注意到介子和重子里的夸克数目不是两个就是三个,那么有没有四个或者五个甚至更多夸克组成的粒子呢?从理论上这是可以的,但是在实验上一直没有发现确切的证据。寻找四夸克态、五夸克态、乃至多夸克态一直是高能粒子物理实验上的一个吸引人的课题,它对我们更深入地去理解强相互作用很有帮助。