“芬尼根的守靈”被譽為英語中最難讀的小說之一。詹姆斯·喬伊斯(James Joyce)寫了17年的書，它在虛構語法的結構中将虛構的單詞與真實短語融合在一起。最後一行在句子中間結束-隻是為了讓你意識到接下來應該出現的單詞是書的開頭的那些單詞。有人說這是喬伊斯重塑夢想的嘗試。其他人則聲稱它根本沒有任何意義。

那麼，這可能看起來很奇怪，從這本最令人費解的書中拿出的一個無意義的詞，竟然把它的名字命名為一種被稱為現實的構成部分的粒子：誇克。在現代物理學中，誇克是指如果你能把一塊物質一次又一次地切成兩半，直到你不能再切出更多的東西，你就會發現誇克。

誇克是最基本的東西。但它們也非常奇怪。它們具有奇怪的量子特性，稱為味和自旋。他們渴望彼此的陪伴，成雙成對或三個聚集在一起。它們有一種特殊的電荷，不是正電荷或負電荷，而是色荷。

現在，為了與任何實驗小說相比，似乎誇克實際上可能不存在。根據誘人的新研究，它們可能是一種幻覺，是我們尚未完全理解的量子詭計的産物。也許他們名字的荒謬起源終究是恰當的。對現實基礎的探索可能會被證明是毫無意義和虛無缥缈的，就像一個記了一半的夢一樣。

尋找物質最基本的成分已經有幾千年的曆史了。希臘哲學家德谟克利特（Democritus）創造了一個新詞來描述物質的基本單位：Atomos（原子），意思是不可分割的。雖然今天的物理學家在原則上同意德谟克利特的觀點，但曆史對他的術語開了一個玩笑。我們對原子的現代理解表明，它們是由稱為電子的粒子組成的，這些粒子圍繞着由質子和中子組成的原子核運行。而後兩者實際上是由誇克組成的。

人們很容易把這些粒子想象成像斯諾克桌上的球一樣呼嘯而過的微小球體，但我們很早就知道粒子比這更令人費解。問題開始于光線。幾個世紀以來，科學家們對它的性質存在分歧，一些人認為它是一種穩定的粒子流，另一些人認為它是一種波浪。随着20世紀初期量子理論的出現，我們被迫接受的證據表明光可以根據情況呈現任何一種形式。同樣的推理已經應用于光的光子，很快就擴展到了所有其他粒子。電子，質子，中子，甚至誇克，都可以說是以波和粒子的形式存在的。

從那以後，事情變得更加混亂。我們現在知道，在适當的條件下，粒子可以被誘使做一些更奇怪的事情。在某些特殊的激發物質中，電子可以合并成一個二維的海洋，在那裡他們的個體身份會丢失。

從這種集體行為中，奇怪的粒子出現了。它們可以比電子重，或者隻有電子電荷的一部分，或者完全相反的電荷。想想看，一個足球觀衆掀起了一股墨西哥人浪：體育場裡仍然擠滿了人，但一個外部觀察者看到了一種新現象的出現，這種現象看起來不像是個别的足球迷。在粒子物理學中，這些裝置被稱為準粒子。

然而，盡管這些圖片的細微差别，它仍然使物理學家的生活更容易認為粒子是存在于世界上的真實物體。但當誇克第一次被構思時，情況并非如此。

在20世紀50年代，出現的粒子比物理學家所知道的要多得多，它們從太空深處向我們滾滾而來，或者被粒子對撞機召喚而存在。它創造了一個雜亂無章的動物園，裡面散布着不同質量、電荷和大小的粒子，這似乎是無法阻止的。解決混亂的見解是由三位研究人員分别開發出來的：穆雷·蓋爾曼（Murray Gell-Mann），尤瓦爾·内曼（Yuval ne‘eman）和喬治·茨威格（George Zweig）。

他們注意到這些粒子中的許多遵循對稱性，這表明它們都是由相同核心成分的不同組合産生的。

蓋爾曼和其他人沒有将動物園中的粒子作為基本實體，而是發明了一組新的小一點的粒子。有了這些誇克（蓋爾曼創造了這個名字并獲得了大部分的榮譽，他是唯一一個因為他的工作而獲得諾貝爾獎的人），粒子物理學的混亂突然變得井然有序。“誇克概念的引入是革命性的。”英國利物浦大學的塔拉·希爾斯(Tara Shears)說，“行為上的相似性或對稱性暗示着更深層次的結構，這是我們今天在研究中非常流行的觀點。”

數學怪獸

起初，沒有人确定誇克是真正的粒子還是隻是一個有用的組織想法。在1972年的一次演講中，蓋爾曼警告他的聽衆不要調用“我們模型中的虛拟對象，這些對象最終會變成吞噬我們的真正的怪物”。

有兩條證據表明誇克不僅僅是數學中的怪物。首先，物理學家向質子發射電子，注意到一些電子在廣角反彈。這表明電子擊中了質子内部的某樣東西-類似誇克。更重要的是，蓋爾曼的模型表明誇克的某些組合仍未被發現。就像德米特裡·門捷列夫(Dmitri Mendeleev)原始元素周期表中的間隙一樣，這賦予了模型預測力。當丢失的粒子像預期的那樣出現時，誇克模型的接受幾乎得到了保證。

這是一個值得慶祝的時刻，但很多事情還不清楚。其中一個主要的謎團是，為什麼某些誇克組合會發展，而另一些則不會。例如，你可以将誇克與其反粒子配對形成介子，或者将三個誇克粘合在一起形成重子，例如質子或中子。但是你不能很容易地産生一個由四五個誇克組成的複合粒子，也不能單獨得到一個誇克。這是為什麼呢？

答案在于誇克的一種被稱為色荷的顯著性質，它與我們在日常生活中想到的顔色無關。比利時布魯塞爾自由大學的弗裡亞·布萊克曼（Freya Blekman）說：“顔色是我們剛剛選擇給它命名的東西，因為它是以三種形式出現的。”這些不同顔色的誇克-稱為紅、綠和藍-可以坐在一起，因為它們的色荷相互抵消，類似于不同顔色的光混合在一起形成白色的方式。按照相同的邏輯，假設誇克和反誇克具有紅色和反紅色的電荷，它們可以放在一起。這也解釋了為什麼單誇克在探測器中不會從原子中脫落：沒有它們的顔色夥伴，它們就太不穩定了。

到了20世紀70年代末，我們終于有了對誇克以及将它們結合在一起的力量的最完整的描述：量子色動力學(QCD)，它是以誇克所具有的色荷命名的。

量子色動力學并不完美。首先，使用它來計算最複雜的物理可能會非常耗時。芝加哥附近費米國家加速器實驗室的露絲·範德沃特（Ruth Van de Water）說：“計算從開始到結束可能需要三年時間。”這就是為什麼，她說，許多誇克集合的屬性還沒有用全量子色動力學來計算。相反，它們是使用不太複雜的模型完成的，這些模型并不能解釋誇克可能具有的每一種相互作用。哈佛大學的物理學家霍華德·格奧爾基（Howard Georgi）說：“我們對量子色動力學的了解有點像試圖通過感覺某一小部分來了解大象的樣子。這種方法可以毫不費力地描述軀幹，但在耳朵上卻顯得非常糟糕。”

這不是一個新問題。早在20世紀70年代，物理學家傑拉德·霍夫特（Gerard‘t Hooft）就在尋找一種使量子色動力學更易于處理的方法。他在準确性方面做出了大膽的妥協，基本上丢棄了量子色動力學方程中描述顔色的部分。範德沃特說，這大大簡化了，讓你可以進行更簡單的計算。

當霍夫特嘗試時，他發現它以驚人的精确度複制了介子的屬性。格奧爾基說：“這非常令人興奮。”

但是蓋爾曼的怪物就要咬人了。把顔色這個詞放在一邊，誇克就不需要有三種顔色了。取而代之的是，它們可以有你喜歡的任意數量的顔色，甚至是無限數量的。而且因為誇克的集合隻有在所有顔色都被平等表示的情況下才能達到穩定，無限數量的顔色意味着具有無限數量誇克的重子。

“無限多的顔色意味着無限多的誇克。這是有後果的“。

這是有後果的。每個誇克都有一種叫做自旋的量子性質。乘以誇克的數量，粗略地說，你乘上了最大自旋的量。在極端情況下，當所有誇克的自旋都對齊時，産生的重子自旋如此之多，以至于霍夫特的模型都難以描述它。這不僅适用于霍夫特想象的無限彩色世界中的粒子，而且也适用于現實世界中的一些粒子，例如不同尋常的δ 重子，它由三個具有對齊自旋的上誇克組成。

這個問題的解決方案來自一個不太可能的地方：弦理論，一個統一非常大的相對論物理和非常小的量子物理的框架。在21世紀初，弦理論家開始注意到他們的方程允許誇克做一些奇怪的事情。在某些情況下，它們可以承擔一小部分通常的旋轉。這是實驗中從未見過的東西，也從未被量子色動力學預測過。它看起來像另一個數學怪物。然後幾年前，人們開始看到量子色動力學也可以描述具有分數自旋的誇克。

現在，誇克的故事可能會發生更大的變化。去年，以色列魏茨曼科學研究所(Weizmann Institute Of Science)的佐哈爾·科馬戈德斯基(Zohar Komardogski)發現了一種将所有完全不同的誇克想法整合在一起的可能方法：使用霍夫特的無限顔色模型，但給予誇克自由進行分數自旋。物理學家承認，他的工作顯示出獨創性和技巧-但它也是極其複雜的。格奧爾基說：“我希望自己能更好地理解它。”

每個人都認同的是它開辟了新的領域。而霍夫特的模型不能解釋奇異的高自旋粒子，科馬戈德斯基的模型恰好做到了這一點。格奧爾基說：“它描繪的畫面是完全不同的。”它不是一個三維的誇克簇，它是為了争奪位置，高自旋将重子拉到量子泡沫的二維薄餅中，其中出現具有分數自旋的誇克。

現實基礎搖搖欲墜

這非常像墨西哥人浪在體育場中出現的方式，或者從電子集合中出現準粒子的方式。換句話說，這意味着這些粒子中的誇克根本不是基本的，而是量子泡沫行為的結果。科馬戈德斯基說：“這就像一種新的物質狀态，或者一種新的誇克狀态。”我們一直都知道誇克是非常奇怪的野獸，在日常生活中幾乎無法解釋。

它們也可能非常有用。當霍夫特在20世紀70年代發展他的簡化方法時，沒有人擔心它無法計算出像δ 這樣的高自旋重子的性質。這是因為它們往往隻存在于奇異的環境中，比如中子星的超高壓内部。但今天，中子星處于物理學中最熱門的領域之一：引力波天文學的中心。

在過去的幾年中，LIGO合作探測到了空間中巨大物體碰撞時産生的引力波，包括黑洞吞噬中子星的例子。這些信号給我們提供了一扇新的宇宙之窗，但玻璃有點結霜。我們不能從中子星的質量以外的信号中推斷出很多關于中子星的信息，主要是因為我們沒有理論來描述它們是由強烈的壓力物質組成的。

或者至少我們直到現在才知道。“科馬戈德斯基的提議非常令人興奮，因為它與這些恒星相關。”法國巴黎理論物理研究所的曼克·羅(Mannque Rho)說。他正試圖将科馬戈德斯基的工作發展成一種工具，可以與引力波信号一起使用，以産生一個方程，描述更多關于中子星的信息，包括它們的直徑和密度。

實際應用隻是故事的一部分。科馬戈德斯基的工作也提出了關于誇克性質的深刻問題。如果在某些情況下誇克似乎是突然出現的，而不是基本的，這是否意味着所有的誇克都隻不過是抽象的？如果是這樣，那麼現實到底是由什麼構成的呢？

也許令人驚訝的是，科馬戈德斯基本人仍然認為誇克是真實的，基本的物體。他将這種情況比作電子的奇怪行為：雖然有些情況下它們具有奇怪的性質，但這并不意味着我們需要完全束縛電子的概念。他說：“但每個人都有自己的觀點。”

曼克·羅對此有不同的看法。他說：“誇克的基本性質在像稠密物質這樣高度相關的系統中基本上失去了意義。我認為，誇克不再是基本的。”也許這不應該讓人感到驚訝。大多數物理學家認為粒子物理的标準模型不能捕捉到關于現實的全部真相，特别是因為我們不知道為什麼它是這樣的。誇克可能代表着現實階梯上的另一級，但我們還沒有到達底部。我們可能又回到了起點。

怪異的誇克

粒子物理學的标準模型預測了六種誇克的存在，或者說六種味：上誇克，上誇克，粲誇克，奇誇克，頂誇克和底誇克。我們知道誇克可以改變味，但現在看來它們也有能力進行更徹底的轉變。

意大利拉奎拉格蘭薩索科學研究所(Gran Sasso Science Institute)的貝尼代塔·貝爾法托(Benedetta Belfatto)和她的同事分析了關于味變化的實驗數據，發現一些誇克似乎正在消失。芝加哥附近費米國家加速器實驗室的露絲·範德沃特說，一種可能性是一些誇克正在變成另一個我們從未見過的誇克，可能比我們所知的六個誇克中的任何一個都重。

誇克核

暗物質是物理學中最令人費解的謎團之一。它約占宇宙的27%，是一種無形的物質，隻有通過它所施加的引力才能感覺到。但它是用什麼做的呢？

誇克核，也被稱為奇異物質，是由上誇克、下誇克和奇誇克組成的假設粒子，它們具有成為暗物質的适當性質。它們需要巨大的壓力才能形成，但加拿大不列颠哥倫比亞大學(University Of British Columbia)的阿裡爾·日特尼茨基(Ariel Zitnitsky)認為，他知道有什麼可以做到這一點：一個假想的新領域，它将跨越整個宇宙，制造出壓力足夠大的氣泡，從而産生雙倍于暗物質的誇克核。

更具争議性的是，日特尼茨基認為誇克核可能正在與太陽内部的反粒子碰撞，釋放出驚人的能量，并解釋了為什麼太陽的外層大氣如此炎熱。

五誇克和六誇克

在熟悉的粒子中，如質子和中子，誇克以三種顔色的集合出現。

理論上，五誇克的集合是有辦法形成的，但沒有人确定它們是否存在，直到2015年，瑞士日内瓦附近的大型強子對撞機(Large Hadron Collider)的一個團隊在探測器中捕捉到了其中一個誇克。

六誇克或七誇克會存在嗎？首先，是的，絕對的存在。氘原子的核-氫的同位素-是六誇克。如果你能把五個誇克和兩個反誇克擠進同一個物體，顔色限制的規則也會允許你有一個七誇克。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!