课外知识：分数电荷(夸克)

分数电荷

人们把荷电量分别是－e 、＋e 和0的电子、质子和中子看作是自然界的基本粒子．但是，随着岁月的流逝，物理学家们发现了许多其他的基本粒子．粒子种类的繁多确实使人们感到周围世界的组成错综复杂．于是，理论物理学试图寻找更小的一组真正基本的粒子，所有其他的粒子都可以由它们组成．1964年盖尔曼（M ·Geu －Mann ）和兹韦格（G ·Zweig ）提出了一种假说，认为这样的一组粒子是三种叫做夸克的粒子．这三种夸克分别叫做上夸克、下夸克和奇异夸克．它们的不同寻常的特性之一就是具有分数电荷．上夸克的电荷是e 32+，下夸克和奇异夸克的电荷都是e 3

1-．这些夸克可以组合而形成质子、中子以及大部分迄今已发现的其他粒子．例如，质子是由两个上夸克和一个下夸克组成．自从这个最早的假设创始以来，物理学家们已预言了其他三种也具有分数电荷的夸克，它们分别是魅夸克、顶夸克和底夸克．另外，高能加速器上产生了一些新粒子，它们被预言是后三种夸克的组合．尽管量子色动力学认为孤立的夸克不能存在，夸克只能相互结合形成带整数电荷的粒子，但是量子色动力学理论并未排除夸克以净电荷为非整数的束缚态存在．因此寻找分数电荷就引起了物理学家们极大兴趣，发现分数电荷就等于令人信服地证实夸克理论．

自1965年开始，美国斯坦福大学一直在进行着一项寻找物质上的自由分数电荷的实验．这种实验实质上是一种大规模的密立根实验——被考察粒子的质量比油滴的质量大一千万倍，实验的原理是根据迈斯纳效应．该大学的费尔班克（W ·M ·Fairbank ）教授等报告，把超导铌球悬浮在磁场中，加上变化的电场以观察铌球的运动，从而测出它们所带的电荷．他们得出结论；观察到了e 3

1±的证据．1979年与1981年他们在改进的仪器上又证实了这一点．

然而，其他不少科学家也作了许多实验，至今却未发现分数电荷的存在．例如1981年旧金山州立大学的科学家小组用动力磁浮置法进行寻找分数电荷的实验，结果未观察到分数电荷，1983年美国加州的劳伦斯伯克利实验室又做了测定分数电荷的实验，他们用重离子（本质上是重原子核动）加速器做实验，他们一共测定了26万个汞滴，但一个分数电荷也没有找到．

现在人类只是大胆假设、科学求证，夸克是为了解释一些目前人类无法解释的现象而提出的可能存在的假设，但人类一直没找到夸克存在的直接证据。然而夸克理论做出的几乎所有预言都与实验测量符合的很好，因此大部分研究者相信夸克理论是正确的。

总之科学来不得半点虚假与情绪化。夸克不能直接证明它存在，也不能证明（哪怕间接）它不存在，它目前只是种假设。