怎么理解夸克禁闭现象?为什么所有实验都无法观测到自由存在的夸克或胶子?

怎么理解夸克禁闭现象?为什么所有实验都无法观测到自由存在的夸克或胶子?

如下图:

两个夸克之间的强相互作用力随着距离的增大而迅速增大,因此想要分离两个夸克,需要提供大量的能量。但是在输入的能量把两个夸克分得足够远之前,这么大的能量已经足够在真空中激发一对新的正反夸克。于是导致:旧夸克还没分开,新的夸克对已经产生,然后新旧夸克各自结合,产生了两对夸克,人们始终没办法获得单个的夸克。

可以观测到的有成对出现的夸克:正反夸克形成的介子,例如 、 等,还有3个夸克一起出现的重子,例如质子( )、中子( )等,介子和重子合起来叫做强子。

如果我们试图从质子( )中拽出一个u夸克,在这个过程中注入的能量可能会从真空中激发出一对正反夸克: ,这样最后得到的不是一个自由的 夸克,而是一个中子( )和一个 介子,如下图:

不过在重离子对撞的实验中,两个很重的原子核对撞后产生高温、高密度的夸克胶子等离子体,格里菲斯书中提到,在碰撞一瞬间的夸克胶子等离子体中有可能产生自由夸克。

这个与夸克的退禁闭相变有关,高温下,耦合常数在全动量区都很小,表现出退禁闭的相变。这个时候强子都撞碎了,自然禁闭被打破了,但仍然不意味着可以捕捉一个单独的自由夸克出来。

Reference:

1、格里菲斯,《粒子物理导论》,王青 译

2、高嵩,李家荣.高温QCD的耦合常数和退禁闭相变[J].高能物理与核物理,1991(02):117-122.