夸克还有颜色？夸克之下是什么，或许是弦振动

　　科学认识君的《通俗物理100课》系列
　　【第11课：夸克的色荷】
　　物质能否无限细分是个永久的哲学话题。支持可无限细分的哲学家大都秉持着芝诺的思想观。
　　反对物质可无限细分的哲学家认为物质具有基本单位，这种思想最早源于由德谟克利特的古典原子论。到19世纪，道尔顿提出来了近代原子论，曾让科学界一度认为物质的最小单位就是原子，并不可再分。
　　19世纪末到20世纪初，科学新理论呈爆炸式增长，这时候人们发现了电子，发现了原子核，原子不可再分的思想就这样破产了。
　　现在我们知道了原子核由质子和中子构成，质子和中子又由夸克组成。
　　但目前为止，夸克被视为基本粒子。严格来说，基本粒子或可再分，或不可再分，因为其内部结构是未知的。夸克之下或许什么都没有，或许还有更小的粒子，甚至是超弦理论中的弦振动。理论物理学家曾经一度认为物质的最小单位并非夸克，而是弦振动，弦的不同形式振动会产生不同的基本粒子，当然也包括夸克。由于人们曾经受到原子论的错误导向，有些科学家建议不要轻易使用基本粒子的说法，因为自然的未知领域太多了。
　　夸克之间的关系异常复杂，它的种类被科学家被分为三代六族，比红楼梦中人物关系还难以琢磨。我简言意赅的介绍一下这种＂基本粒子＂的关系。
　　首先值得注意的是：单独的夸克是无法被直接或间接地观察到的。因为夸克们总是成群结队，两两为伍，或者三个为伍，它们不能分开是由于夸克之间的＂吸引力＂太强了。并且夸克之间的距离拉的越大，这种吸引力就愈发强烈，这就是夸克禁闭。所以，不要指望把单独的夸克拉出队伍中，这种＂吸引力＂比电磁力都强，它就是强相互作用力。
　　夸克之间的相互作用很繁琐，为此科学家在粒子物理学的基础上开了一个分支专门研究夸克，这就是量子色动力学。你可能会问，为什么要叫量子色动力学，这个＂色＂字是什么意思？
　　其实这就涉及到夸克的一个性质，叫色荷。科学家发现带电的粒子了，称之为电荷。那是不是意味着带＂颜色＂的夸克，就是色荷吗？
　　当然不是，但是把夸克的某一性质叫色荷，的确启发于生活中的三原色。
　　科学家发现夸克和夸克之间并不一样，它们的量子态有三种可能。
　　我们把这三种状态类比成红，蓝，绿色。
　　要记得夸克永远都是成群出现的，这个夸克群组成了一个集体，叫强子。有时候这个集体很稳定，有时候不稳定。而最稳定的集体就是就常见的强子。所以最常见的强子就是质子和中子。夸克之间或许还有其他组合群，并形成不同于质子和中子的强子，但它们并不稳定。
　　继续回到夸克的＂颜色＂上。虽然夸克具有＂颜色＂，但科学家却发现夸克们组成的集体总是没有＂颜色＂的。
　　所以科学家借用三原色组合形成白色的道理类比夸克的这种形状，称这些性质为色荷。
　　夸克们爱怎么组合就怎么组合去吧，反正它们这个集体必须呈色中性。那么这种组合就有两种方式
　　理论上，每种粒子都具有反粒子。夸克也不例外，夸克也有反夸克。如果一个夸克的色荷是红色，那么它的反夸克就是反红色。
　　这时候，一个夸克和它的反夸克组成了一个集体，可以称这个集体为强子（复合粒子）。由于夸克的色荷是红，反夸克是反红，红＋反红=色中性。这种只由正反夸克组成的复合粒子叫介子。这时候，就不需要其他夸克插足了，因为夸克组成的这个集体已经呈色中性了，再插入一个夸克，就会违背物理定律。这个定律就是由夸克组成的复合粒子呈色中性。
　　当然还有一种方式的组合。三个夸克分别携带红、绿、蓝不同颜色的色荷，它们之间组合形成的复合粒子就是色中性。或者三个反夸克分别携带反红、反绿、反蓝组合在一起形成的复合粒子也是色中性。这种由三个不同颜色的夸克组成的复合粒子就是重子。但是情况并非这么简单
　　我们都知道四大相互作用力，按强度大小排序依次为强力、电磁力、弱力、引力。
　　每种力的传播都需要一个做中介的＂牵线＂粒子。
　　比如一个物体给另一个物体施加电磁力后，它们之间就相互影响了。这种电磁力看似是超距作用，其实只是依靠场中的中介粒子传递了力。电磁力的传播子是光子，弱力的传播子是W+、W-、Z玻色子，引力是引力子(暂未发现)，强力是胶子。这四种传播子也被称之为规范玻色子
　　一般情况下，传播子不参与物质的构成，因为它的身份只是个中介而已。
　　夸克之间组合在一起依靠的是强力，传递这种强力的是胶子。按正常思维理解，胶子传播了强力，负责把两个夸克拉在一起就行了。谁知道这个作为中介身份的胶子还在其中插上一脚。
　　因为胶子也有色荷，由于复合粒子必须保持色中性，这就要求胶子带的色荷必须也被其他夸克或者胶子中和掉。这就意味着，胶子不仅仅是传播子，还是构成了复合粒子（强子）的一员。这就显得光子无比＂清廉＂。光子虽说传播了电磁力，但人家本身不带电性，不参与两个通过电磁力相互作用的物质的构成。
　　光子就似一个好媒婆，只撮合鸳鸯成对。胶子却是个＂坏＂媒婆，说媒的同时也变成了小三，插足人家的家庭。
　　由于胶子参与了复合粒子的结构组成，这也导致量子色动力学比量子电动力学难了很多。