一夸克究竟有多小?

先给结论,一夸克真的非常非常小,小到目前人类还无法直接观测到过它的真面目 。

人类的视觉极限


一夸克究竟有多小?

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如果要选择一台高清的超级相机,其实根本不需要昂贵的徕卡,因为人眼本身就是一台超级相机——像素高达5.76亿!

但是光是像素高,就可以为所欲为了吗?答案当然是否定的,如果将人眼硬件化,那么只能等效于一台50毫米焦距,光圈F4-F32可变,400万像素,感光度ISO50-ISO6400,镜头约等于3片3组,快门1/24的不停连续拍摄的相机 。所以,千万不要迷信单一的像素来挑选相机或者手机哦 。

人眼像素虽高,但要深入微观世界,还是力有未逮的,我们得借助放大镜 。

普通光学显微镜受限于可见光分辨率极限,只能达到0.2μm,大约能看到细胞核级别 。

普通电子显微镜(SEM)极限分辨率可达0.2nm,让我们刚好到达原子尺度,不过是一团的原子 。

一夸克究竟有多小?

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扫描隧道显微镜(STM)及其衍生的扫描探针显微镜(SPM),极限分辨率分别可达0.1-0.01nm 。足以让同学们分辨出单个原子 。

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可惜,这样的分辨率,离夸克仍旧有数个数量级的差距,人类的放大镜目前仍旧无能为力 。

夸克究竟有多小?

首先得感谢杨振宁先生,由于他的杨-米尔斯理论,1964年,美国物理学家默里·盖尔曼和乔治·茨威格以此出发,根据强作用力的具体现象,各自独立提出了强子的夸克模型 。

一夸克究竟有多小?

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在这个基本粒子模型中,中子、质子这一类强子是由更基本的单元—夸克构成的,最终描述强力的理论称之为量子色动力学 。

在理论中,夸克有六种,分别为:上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克;每一种夸克也称为一味,每一味夸克都有三种色(红、绿、蓝) 。

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这个命名相当有个性,无他,只是物理学家想摆脱希腊文字命名的产物而已,而不是夸克真的色香味俱全的表现,在这个粒子尺度下,根本就没有颜色一说,更别提味道了 。

夸克在理论中,我们认为它具有分数电荷,是基本电量的+2/3-1/3,自旋为1/2 。

夸克的空间尺度是已知微观粒子(强子)中最小的,大约小于10^-19m 。

结语

夸克能否最终被我们观测到呢?

答案并不乐观 。

目前科学家认为,由于夸克自身存在“夸克禁闭”的特性,夸克不能够直接被观测到,或是被分离出来,只能间接被测量 。

留个脑洞,如果我们掌握了中微子,能否有机会一睹夸克真容?

或许那一天,人类的科技又将前进一大步吧 。

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