基本粒子19︱Jψ粒子的发现，以及三代夸克和三代轻子

现在我们知道夸克有3种，上夸克（u），下夸克（d），奇夸克(s)，这三个夸克加上它们的三个反夸克，然后根据自旋平行和反平行，就可以形成我们前面介绍的所有强子。

这里的平行和反平行是指夸克的自旋方向相同或相反。比如一个上夸克和一个反下夸克，如果他们的自旋都是向上的，而且都是+1/2，那么他们两者的组合就是自旋为1的ρ+矢量介子。

如果两者的自旋相反，一个朝上，一个朝下，那么它们的组合就是自旋为0的π+伪标准介子。这就是所谓同向和异向的自旋之差。它们是完全不同的例子，微观世界是如此惊人。

好吧，自从1964年盖尔曼提出这个夸克模型，说了三个夸克，到1974年，这十年来，人们从来没有发现过这三个夸克无法解释的强子。这是No，说明基本粒子中只有三种夸克。

不，人们认为至少有一种夸克我们没有发现，因为，你看，我们已经介绍了四种轻子，电子和电子中微子，缪子和缪子中微子，但你只有三个夸克，这显然不好看，所以美国物理学家格拉肖当时说，肯定还有另一种夸克。格拉肖很厉害，他在弱电统一理论方面的成就非常突出。贡献。

结果是肯定的，确实有新的夸张，而且不止一个。1974年11月，麻省理工学院美籍华裔物理学家丁肇中领导的研究小组向公众宣布，他们发现了一种新粒子，称为J粒子。与此同时，以李克特为首的另一组研究人员也在斯坦福直线加速器中心发现了同样的粒子。他们将这种粒子命名为ψ粒子。

不仅名字不同，两个实验组发现J/Ψ粒子的方式也不一样。丁肇中课题组在质子-质子碰撞实验研究中发现了J粒子。

而J粒子的质量测得约为3097MeV，不确定范围小于5MeV。有了这么小的不确定范围，根据海森堡测不准原理，就可以知道J粒子的寿命了。这比其他强烈衰变的粒子要长得多。

纳利克特团队在正电子对撞机中发现了ψ粒子。当正电子和负电子所携带的能量为3097MeV时，就会产生Ψ粒子，并且已经准确测量了Ψ粒子的质量Ψ的不确定度范围只有63Kev左右，所以Ψ粒子的寿命为大约10^-20秒。

这个时间很短，但是和其他强衰变粒子相比，Ψ粒子的寿命要长3到4个数量级，而且根据之前的定律，这个粒子的质量越大，寿命越短,Ψ粒子的质量比其他粒子大2到3倍，但它的寿命却长得多，这很奇怪。

这无法用已知的三夸克模型来解释，所以能想到的最好办法就是假设J/Ψ粒子是由一个新的夸克，也就是魅力夸克，加上一个新的量子数魅数记为C，魅夸克的魅数为1，反魅夸克的魅数为-1。

J/Ψ粒子实际上是由魅力夸克和反魅力夸克以自旋平行的方式组成的介子。之所以寿命长，是因为J/Ψ粒子在衰变时没有魅力数守恒的衰变模式，可以理解为相对于其他粒子，它少了一些衰变路径，所以不容易腐烂并具有更长的寿命。所以这只能通过假设一个具有新量子数的夸克来解释J/Ψ粒子的反常行为。

好，现在我们有了一个新的夸克，夸克的总数就变成了四个，而且这个新的魅夸克还可以和其他的夸克形成一些新的强子。

这些强子的量子数甚至质量都是理论上可以预测的，所以寻找这些强子就是检验夸克模型的准确性。

图中的粒子就是我们现在已经确认的具有魅力数的强子，它们的发现有力地证明了构成强子的夸克确实存在。

因此，1976年，丁肇中和李克特因发现了魅夸克的束缚态J/Ψ粒子而获得诺贝尔奖。这一发现使沉寂已久的粒子物理学复活，并启发了许多实验物理学家，他们都在努力寻找新的粒子。

1977年，莱德曼领导的团队宣布他们发现了一种新粒子，命名为Y，发现这种粒子的方法与丁肇中小组发现J粒子的方法如出一辙。一个是由一个全新的夸克和反夸克以自旋平行的方式组成的，这个新的夸克被命名为底，记为b。

既然我们发现了底夸克，那么根据对称性的要求，科学家们肯定会认为一定有一种夸克与底夸克相对应，叫做顶夸克。

于是，在发现底夸克之后，实验物理学家立刻着手寻找顶夸克，没想到找了将近20年才找到这个夸克，因为顶夸克很重，大约有底夸克是顶夸克的45倍，由于夸克不能自由存在，加速器产生顶夸克的能量至少要是顶夸克质量的两倍。

当时加速器的能量只有几十Gev，所以直到1995年我们才找到顶夸克。

然后我们现在有六种夸克，上夸克、下夸克、魅夸克、奇夸克、顶夸克、底夸克，但是看轻子，我们现在只知道四种，电子，电子中微子，缪子和缪子中微子子。

仅从审美角度来看，显然缺少一组轻子。所以实验物理学家在寻找顶夸克的同时，也在寻找这对新的轻子。

1979年，物理学家马丁·佩尔在正电子对撞机中发现了一种新粒子，它就是陶，与之相关的一种中微子就是陶中微子。桃子虽然是轻子，但是他的质量已经达到了1776Mev，接近质子质量的两倍。正如我们之前所说，它是Electron的重量级版本。

如果说到这里，我们就已经把构成物质的所有费米子都讲完了。它们分为夸克和轻子两种，各有六种。从图中可以看出，这些基本粒子根据质量分为三代。第一代夸克是上下，第一代轻子是电子和电子中微子。很明显，我们的世界是由第一代基本粒子组成的。的。

剩下的第二代夸克，魅力和奇异，以及第三代夸克的顶和底，都是第一代夸克的重版本，因为除了质量不同外，它们的形式相同，所以在轻子家族中也出现了这种世代重复。目前，我们不知道为什么基本粒子会重新出现，更不知道为什么第三代粒子的质量比第一代和第二代重得多。这些都是未解之谜。

我们现在看到的图片是标准模型中的所有基本粒子，当然不包括反粒子。说完了夸克和轻子，接下来我们要说的就是物质之间传递力的粒子，规范玻色子，也就是三种基本力的作用方式。