粒子量子原子夸克到底是什么（夸克禁闭夸克）

▍夸克禁闭使得夸克必须以结合的形式存在，也使得科学家无法切分夸克。

纵观宇宙万物，大到宇宙中的宏大星系，小到手中的一个甜甜的苹果，甚至是看不见摸不着的空气，都是由各种原子、分子等微小粒子构成的。而这些微小粒子，往最小化溯源，则都是由质子、中子和电子构成。

对于初级物理来讲，质子和中子就是最小的粒子了。实际上，连质子和中子如此小的粒子，也还能更加细分，也都是由更加微小的粒子构成。这种更加微小的粒子是什么呢？那就是著名的“夸克”。

夸克（英语：quark）是一种参与强相互作用的基本粒子，也是构成物质的基本单元。夸克互相结合，形成一种复合粒子，叫强子。强子中最稳定的是质子和中子，它们是构成原子核的单元。

科学家们发现，夸克具有一个神奇的性质：“夸克作为最小基本粒子，不可单独存在！”。

在人们的常识中，世间万物都是可以分割开来的。例如一个甜蜜的苹果，它可以切分为2瓣苹果；我们一直不断地将这个苹果切分下去，就会得到组成苹果的各种分子。分子是保证物质化学性质的最小单位，不同分子的特定组合，才会使得我们吃到苹果是甜甜的味道。但分子又是由原子构成的，再对分子进行分割，你会得到以一定次序和排列方式结合的原子。原子又由质子、中子和电子构成。再对质子、中子进行分析，科学家们发现了夸克的存在，夸克构成了质子和中子。

至此，科学家们已经探索到了目前已知的最小基本粒子：夸克。按照生活中的常识理论，人们相信还能对夸克进行切割，继续得到更小的粒子，就像当初我们切分苹果一样。只是夸克特别特别的小，需要更加精密的科技手段，但并不会遇到大的阻碍。

但，令人非常意外的是，这一次所有科学家们遇到了前所未有的阻碍——“夸克禁闭”现象！夸克禁闭现象是指，夸克竟然不可单个存在！夸克必须和其他夸克结合在一起，形成质子或中子。但无论科学家使用什么方法，都无法提取出1个单独的夸克！

根据量子场论，在强相互作用力下，夸克之间的能量随着距离的增加而增加，从而不能单独存在。科学实验中，要将1个夸克从结合状态中拉扯出来，需要非常强大的能量去拉扯它们，夸克在吸收到非常强的能量后，在分开的一刹那，瞬间新增了另一个夸克出来结合在一起。也就是说，在非常强的能量的拉扯下，2个夸克变成了2对、4个夸克！这就像磁体的两极总是成对出现一样，人们去切断一根磁铁后，瞬间产生了新的2个磁极，从而得到两根磁铁，一共就有了2对、4个磁极了。

尚未被证实但普遍流行的弦理论对“夸克禁闭”提出了一种解释。首先夸克是一种参与强相互作用的基本粒子，将夸克们紧紧束缚在一起的强相互作用力，是非常强大的力。在夸克的世界里，强相互作用力表现出“渐进自由”的神奇状态——当结合的夸克之间的距离很近时，强相互作用力很微弱；但当夸克之间的距离越远，强相互作用力反而会越来越强！

弦理论认为夸克之间是由胶子连接的，胶子是一种时刻在振动的东西，胶子连接多个夸克构成强子。而强子可以认为是一个极短的弦，2个夸克就是弦的两端，胶子就是弦的连接线。如果想让这2个夸克分开，那就需要非常大的能量，来足以打破强相互作用力，将这根弦打断，打断胶子。然而，这足以将胶子打断的巨大能量，在分开2个夸克的同时，因为能量与物质之间的特定转换关系，会湮灭能量并瞬间形成新的2个夸克。新的2个夸克和原来的2个夸克就又组成了两对“禁闭”的夸克。所以，如此循环往复下去，我们永远得不到1个自由的、单独存在的夸克！

1964年，夸克的存在被提出之后不久，奥斯卡·格林柏格（Oscar W. Greenberg）引入了色荷（英语：color charge）的概念，也提出了一种关于夸克禁闭的解释。色荷概念试图解释几个夸克如何能够共同组成强子，处于在其它方面完全相同的状态但却仍满足泡利不相容原理，后来成为了夸克模型的一部分。

此后从1970年代，量子色动力学（QCD）开始发展，并构成粒子物理学中标准模型的重要成分。量子色动力学（QCD）提出夸克禁闭的一项解释。在量子色动力学（QCD）的架构底下，色荷是夸克与胶子的一种性质，与它们之间的强相互作用有关。色荷与粒子的电荷呈类比关系，但色荷与电荷有许多技术上的不同。色荷也与视觉上的色彩无关，而仅仅是对于性质的一项奇特名称。选用“色荷”这个词单纯是因为色荷有三种类形，类比于色彩具有三原色。

科学实验发现，一些夸克组合在一起能够稳定地存在，而一些夸克组合无论如何也不可能存在。这其中，蕴藏着夸克组合的固有规律。据此，量子色动力学物理学家也给夸克的不同色荷赋予红、绿、蓝三原色。多个夸克的结合，只有当它们的色荷最终结合为白色或无色的时候，夸克们才能稳定地存在。例如，1个红色色荷的夸克、1个绿色色荷的夸克、1个蓝色色荷的夸克，它们结合在一起，使得总色荷为白色，那么它们就能稳定地构成为1个质子、中子；又如，1个红色色荷的夸克，与1个反红色色荷的反夸克，构成1对总色荷为无色的夸克对。除此之外，凡是总色荷具有颜色的形式，夸克都不能稳定存在。

比如，仅有1个红色色荷夸克，总色荷为红色，那么这1个红色夸克是不能单独稳定存在的。基于此，量子色动力学推定，1个或多个夸克不能单独显示出颜色，那么永远不会有1个夸克独立存在的形式。

夸克禁闭现象与大家生活中的认知格格不入，非常有悖于常识理论。我们总认为还能继续切分物质，得到更小、更小的粒子，以对微观世界进行更进一步的探索和分析。但这一次，对最小粒子的探索，停留在了夸克层面，难以继续深入下去。

夸克禁闭就像“造物者的枷锁一般”，阻碍着科学家们对微观世界的进一步探索。夸克总是以结合的方式存在，科学家无法剥离独个的夸克，限制了科学家进一步探索夸克里面是什么？夸克是不是已经是最小、不可再分的基本粒子？夸克里是否还有着未知的物理结构？

这些问题，有待于人类进一步深层次的探索。

“有趣、神奇的物理现象，共同构成了大千世界丰富万分、魅力无限的精彩生活。”