被囚禁的夸克和膠子，它們為何不能獨立存在于宇宙夸克網盤 _經驗分享

什么是夸克禁閉理論?夸克禁閉理論，就是認為無論采用什么辦法，都不能使夸克離開強子，成為自由夸克的理論。弦理論是目前最流行的夸克禁閉理論，這個理論認為強子是一個極短的弦，夸克就是弦的兩端，弦有彈性，向中間收縮，強子中，弦高速旋轉，離心力使弦保持穩定的長度，也就是強子的大小。如果用強大的能量將弦打斷，就會形成兩條新的弦，也有和原來一樣的兩個強子，就好象將磁鐵切斷后，就會形成兩條新的磁鐵，而不能產生只有一極的磁鐵一樣。
為何有夸克禁閉
因為由於強交互作用力，帶色荷的夸克被限制與其他夸克在一起(兩個或三個組成一個粒子)，使得總色荷為零。夸克之間的作用力隨著距離的增加而增加，因此而不能發現單獨存在的夸克。
所以夸克禁閉(quark conflinement)是一種物理現象，描述夸克不會單獨存在
夸克之間的的相互作用力屬于什么力?是如何產生的?夸克間的力是相互吸引的但不是夸克相互吸引而是靠一種叫“膠子”的粒子將夸克相互連結在一起從而保持穩定。
被囚禁的夸克和膠子，它們為何不能獨立存在于宇宙？
在宇宙中，可直接觀測的物質90%都是由原子構成，每個原子都由電子、最輕的帶電輕子以及質子和中子組成的原子核組成。然而，在每一個質子和中子內部，都有夸克和膠子，夸克理論認為，夸克都是被囚禁在粒子內部的，不存在自由狀態的夸克和膠子。為什么宇宙中不存在自由狀態的夸克和膠子呢？它們又因為什么被囚禁？今天我們來聊一下。
夸克和膠子是什么
20世紀，經過了科學家的研究發現，宇宙間存在著四大相互作用，分別是強相互作用、弱相互作用、引力相互作用、電磁相互作用。
我們在生活中所遇見的蘋果落下、植物生長、物體的彈力、空氣的阻力等等，都是四大相互作用的影響。
粒子也是如此，粒子共分為兩類，費米子和玻色子，費米子組成物質，玻色子傳遞相互作用，舉一個簡單的例子，就好像你看見兩個人在玩游戲，但是你看不見他們手里拿的是什么？一個人作出拋東西的姿勢，另一個人接住一個看不見的物體然后往后退。雖然你不能看到這顆東西，但你能知道一個人丟出物體給另一個人，因為你看到力作用在人身上的結果。
看不見的物體就是費米子，而人就是玻色子，充當著信使的作用，傳遞著四大相互作用，科學家認為每一種相互作用都由一個專門的信使負責傳遞。
強子這些屬于復合粒子
其中負責傳遞引力相互作用的是引力子；電磁相互作用的是光子；而弱相互作用的是W 及 Z 玻色子；強相互作用的就是膠子。
我們知道電磁力作用于任何帶電荷的粒子，會導致同電荷相斥和異電荷相吸。如果沒有電磁力的作用，你就會落下穿過你自家的地板！多虧了電磁力，它使得由原子組成的物質包括你的腳和地板相互抵抗以免被轉移。而引力作用于任何具有質量、能量或動量的物體上。至于弱相互作用則制約著放射性衰變。
四大相互作用的功能
【被囚禁的夸克和膠子，它們為何不能獨立存在于宇宙夸克網盤】相應的玻色子負責傳遞相應的相互作用，帶電粒子間的電磁相互作用是通過交換光子而實現的。也就是說只有特定的信使才能完成這個任務。
那膠子的作用是什么呢？這就要從夸克的發現說起了。
在很長一段時間里，科學家都認為中子和質子不可再分，1964年，美國物理學家默里·蓋爾曼和G.茨威格各自獨立提出了中子、質子這一類強子是由更基本的單元——Quark組成的，中文就是我們常說的夸克。
它們具有分數電荷，是基本電量的2/3或-1/3倍，自旋為1/2 。夸克一詞是蓋爾曼取自詹姆斯·喬埃斯的小說《芬尼根徹夜祭》的詞句“向麥克老大三呼夸克（Three quarks for Muster Mark）” 。
已經發現的所有重子（質子和中子都是屬于重子）都是由三個夸克組成的，反重子則是由三個相應的反夸克組成的。
截止目前為止，科學家共發現了12種味（(味指一種基本粒子的種類)夸克，包括上夸克 (u)、下夸克 (d)、奇夸克 (s)、粲夸克 (c)、底夸克 (b)、頂夸克 (t)，及它們對應的 6 種味反粒子。
夸克還具有三種“色”的特性，色與粒子的電荷呈類比關系，分別是紅、綠和藍。夸克的“色”與視覺上的色彩無關，而僅僅是對于一種表現上幾乎不超過原子核大小范圍的性質的一項奇特名稱。“色”這個詞單純是因為色的電荷有三種類形，類比于三原色，它形象地比喻夸克本身的一種物理屬性。
科學家認為，一般物質是沒有“色”的，組成重子的三種夸克的“顏色”分別為紅、綠和藍，因此疊加在一起就成了無色的。因此如果計入6種味和3種色的屬性，共有18種夸克，另有它們對應的18種反夸克。
那么夸克是如何組合在一起形成復合粒子的呢？就好像我們做房子一樣，是什么讓磚頭緊緊黏合在一起呢？我們都知道是水泥。
膠子就充當了水泥的功勞，眾所周知，膠子是一種負責傳遞強力相互作用的玻色子。它們把夸克捆綁在一起，使之形成質子、中子及其他強子，所以，在每一個質子和中子內部，都有夸克和膠子，膠子是維持原子核穩定的重要一環。
三個夸克(RGB)或三個反夸克(CMY)的組合是無色的，夸克和反夸克的適當組合也是無色的。維持這些實體穩定的膠子交換是相當復雜的，但任何帶有凈色電荷的物質都不應該在自然界中穩定存在。
從一般人的角度來看，由于有三種色，故應有九種不同的膠子，色是專屬于夸克與膠子的一種性質。
由于“色”的存在和膠子的交換，這種強大的力使原子核結合在一起。膠子必須由一種顏色/反色的組合組成，這樣才能使強力相互作用發揮它應有的作用。
存在自由狀態的夸克和膠子嗎
夸克理論認為，夸克都是被囚禁在粒子內部的，不存在單獨的夸克。也就是并不存在自由狀態的夸克和膠子。
但是宇宙間是存在過自由狀態的夸克和膠子的，物理學家認為，在宇宙大爆炸后最初的10微秒內（即宇宙誕生），自由活動的夸克和膠子充滿了整個宇宙時空，形成了一種新的物質相，名為“夸克-膠子等離子體”(QGP)，在這種狀態下，粒子的溫度和/或密度是如此之高，以至于無法分辨兩者是處于互相自由的狀態還是處于一種束縛態的開始。
它們之間的相互作用比氣體要強得多，整個物質的力學特性又有點像液體，所以科學家把它們叫“湯” 。我們稱之為「夸克-膠子等離子濃湯」。
夸克膠子等離子體液滴膨脹擴展后形成的三種幾何形狀的可視化圖形
美國能源部布魯克海文國家實驗室的科學家。他們用巨型粒子對撞機對撞金元素離子，制造出了“超級大爆炸” 。這場大爆炸只持續了幾毫秒。但正是這幾毫秒的爆炸，讓他們制造出了有史以來實驗室中的最高溫度———4萬億攝氏度。
這么高的溫度足夠熔化質子和中子，把物體變成一種叫「夸克-膠子等離子濃湯」。從而還原了宇宙大爆炸之后的幾微秒時宇宙的狀態，證實了在宇宙大爆炸后最初的10微秒內（即宇宙誕生），自由夸克和膠子充滿了整個宇宙時空。
普通的質子或中子，是由三個夸克粒子通過膠子結合在一起。當到達一個臨界溫度，質子和中子和其他形式的強子物質“熔化”形成一碗炙熱密集的自由夸克膠子湯，也就是夸克- 膠子等離子體。
雖然宇宙一開始完全充滿了自由的、不受束縛的夸克和反夸克，但這種狀態并沒有持續很長時間。夸克迅速冷卻，在膠子的作用下短時間內迅速形成強子，物質在“夸克湯”中積聚，最終形成現在的宇宙的。
科學家曾經做過夸克星的假設，在一顆大質量中子星的核心內部，在達到質量閾值之前，它必須坍縮成黑洞，組成這顆恒星的單個中子可以達到如此高的密度，以至于它基本上變成了夸克-膠子等離子體。在某些情況下，它不僅僅是由光(上下)夸克構成，而且還有奇怪的夸克。
然而，這種假設目前并沒有辦法得到驗證。那么為什么夸克和膠子都無法單獨存在呢？
它們為何不能自由存在于宇宙
當科學家嘗試用對撞機撞開質子的時候，就遇到了一個難題，科學家發現質子中有個三不同的折射角，這其實意味著這當中有三個比質子更小的粒子存在，這就是夸克存在的證據。
但是，無論我們用什么辦法去撞質子，都沒有辦法找到這些自由狀態下的更小的粒子。夸克被一種神秘的力量緊緊束縛在了質子內部，無法以自由狀態存在，科學家稱之為夸克禁閉。
這和強力相互作用的性質有關，這種性質叫“漸近自由”，我們需要知道，夸克也有電荷，這個力很簡單：
電荷越接近，力的強度就越大，
電荷越大，它們所受的力就越大，
相反符號的電荷相互吸引，而相同符號的電荷相互排斥。
但是作用在顏色上的強力相互作用，在兩個重要的方面是根本不同的。首先，有三種色的電荷：紅色、綠色和藍色，而不是一種電荷或兩種電荷。第二，當顏色電荷相互接近時，力降為零；只有把它們分開時，力才會變得很大，這種現象就被稱之為“漸近自由”（Asymptotic Freedom）。
1973年，美國科學家格羅斯、波利茨、威爾茨克通過一個完善的數學模型說明：夸克之間越接近，強作用力越弱。當夸克之間非常接近時，強作用力是如此之弱，以便到它們完全可以作為自由粒子活動。反之，夸克之間距離越大，強作用力就越強。
簡單來說，就是在粒子之中，三個夸克可以自由自在地玩耍，強力對它們的影響微乎其微，但是它們一旦想要脫離粒子的束縛，踏出一定的范圍，強力作用就會加強，將它們囚禁在粒子之中。
在高能量下(對應于較小的距離)，強作用力的相互作用強度降為零。在很遠的地方，它增長得很快。這一思想被稱為“漸近自由”，它已被實驗證實是非常精確的。
這種現象也被稱為之“色禁閉”（color confinement），因為帶有顏色的夸克和膠子就像被囚禁在整體無色的“牢籠”里面。
科學家曾經嘗試過拿一個介子-夸克/反夸克的組合，介子是一種很奇妙的復合粒子，π+介子、π-介子都是由一個夸克和一個反夸克組成的，
科學家試著把這兩個夸克拉開。如果你能足夠用力把它們分開，克服這個強大的力，也許你就能把這兩個粒子扯開，并分離出帶顏色的電荷和自由夸克，根據夸克“色禁閉原理”,正反夸克的顏色抵消了,即組成無色夸克對,從而使得介子處于穩定結構。
但是在實踐中卻失敗了。一旦你在試圖把這兩個粒子分開的過程中輸入一定的能量，真空中就會自發地創造出一個反夸克/夸克對(通過愛因斯坦的E = mc^2) 。在你試圖把這些粒子拉開的過程中，科學家自發地創造了兩個介子，而之前只有一個介子。
當兩個粒子被拉得太大，它就會從真空中產生一個新的(輕的)夸克/反夸克對，并在原來有一個介子的地方創造出兩個介子。這不是創造自由夸克的成功方法。
科學家由此發現，自由夸克和自由膠子如果要存在束縛態粒子之外，除非宇宙大爆炸，而且永遠不會有一個在宇宙中持續存在自由的夸克（只能持續10微秒），因為“自由”所需要的能量足以產生新的粒子，而這些粒子將會自發地將自己限制在無色狀態。
在非常高的溫度和密度下，有一個自由的，不受束縛的夸克-膠子等離子體。在較低的溫度和密度下，有更穩定的強子：質子和中子。也就是說在宇宙之中，自由狀態的夸克和膠子只存在于宇宙大爆炸的短短一瞬間。（10微秒內）

什么是奇異夸克現象？會有哪些表現？真相是什么？
什么是奇異夸克現象？會有哪些表現？真相是什么？但這種 "蠻力 "對夸克不起作用，對于 "夸克禁閉 "的解釋比較流行的是用弦理論，是由夸克之間的強子連接組成的，而強子可以被認為是一條很短的弦，夸克是弦的兩端，如果要使兩個夸克分開。需要大量的能量來使這根弦 "斷裂"，然而分離兩個夸克的能量足以使夸克分離并同時形成一對新的夸克（能量轉化為質量），這樣新的和原來的夸克又形成了兩對鎖定的夸克。
這樣下去，你將永遠不會得到一個 "自由 "夸克。這有點像當你切割一個條形磁鐵時，你總是得到兩個新的磁鐵而不是一個磁極。簡而言之，夸克禁閉是一個非常普遍的理論，不能用幾句話就能清楚地描述。這里的解釋只是非常籠統。很多人都聽說過夸克，但沒有多少人聽說過夸克禁閉，這是粒子物理學的奧秘之一。夸克禁閉描述了一種物理現象，簡單地說，這意味著夸克并不單獨存在。
我們所知道的是，物質世界是由原子和分子組成的，原子核一般由質子和中子組成，而質子和中子由夸克組成。夸克是已知最小的基本粒子之一，科學家在物理實驗中觀察到，質子和中子等基本粒子都可以出來單獨觀察，但夸克不同，我們所有的物理觀察都無法現單個夸克的存在，只能發現由一對或幾對粒子組成的夸克。這種無法觀察到單個夸克的情況被稱為夸克禁閉。
夸克禁閉并不是因為夸克太小（小于10^-18米）而無法單獨觀察，而是因為存在著一個無法打破的循環。這里需要理解的一件事是，在微觀層面上，能量和質量之間的界限有點模糊，特別是在夸克層面上，你可以把它看作是一個小的能量團。在質子或中子的情況下，它們被核力結合在一起，通過強相互作用，你只需要足夠的能量來拉開它們。

什么是奇異夸克現象？會有哪些表現？真相是什么？什么是奇異夸克現象？會有哪些表現？真相是什么？但這種 "蠻力 "對夸克不起作用，對于 "夸克禁閉 "的解釋比較流行的是用弦理論，是由夸克之間的強子連接組成的，而強子可以被認為是一條很短的弦，夸克是弦的兩端，如果要使兩個夸克分開。需要大量的能量來使這根弦 "斷裂"，然而分離兩個夸克的能量足以使夸克分離并同時形成一對新的夸克（能量轉化為質量），這樣新的和原來的夸克又形成了兩對鎖定的夸克。
這樣下去，你將永遠不會得到一個 "自由 "夸克。這有點像當你切割一個條形磁鐵時，你總是得到兩個新的磁鐵而不是一個磁極。簡而言之，夸
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被囚禁的夸克和膠子，它們為何不能獨立存在于宇宙 夸克網盤

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