费曼曾经说过,如果在某场灾难中,所有科学知识都被毁灭,只有一句话传给下一代,什么话能用最小的几个词包含最多的信息?我相信是原子假说,即所有物质都是由原子组成。我们现在已经认识到,原子是由原子核与核外电子组成的,原子核又是由核子(质子和中子)组成。那么核子内部是否还有更微观的结构呢?现代物理学给出的答案是核子由夸克组成。
物理学家用“味道”来区分不同的夸克,有传说这是当年盖尔曼一边吃冰淇淋一边做科研,就很随性的用冰淇淋的颜色味道来标注物理量。目前物理学家已经发现6种不同“味道”夸克,分别是上夸克(u)、下夸克(d)、粲夸克(c)、奇异夸克(s)、顶夸克(t)和底夸克(b),每种味道的夸克还存在相对应的反夸克。
夸克之间存在一种叫强相互作用的力,它是自然界人类目前已知的最强的相互作用力。强相互作用通过胶子场来传递,这有点类似于电荷之间通过电磁场传递电磁力。一个质子包含三个夸克,这三个夸克又通过胶子传递的强相互作用形成一个束缚态,这同样可以类比电磁相互作用,原子核和核外电子通过电磁力形成一个原子,而电子不能自由的离开原子正是由于这种电磁力。
夸克被胶子粘在一起形成强子。在传统的认识中,存在两类强子,一类由三个夸克构成,称之为重子,质子和中子都是重子;另一类由一对正反夸克构成,称之为介子。强子的性质主要取决于其内部组成的夸克种类,即味道量子数,以及这些夸克的相互关系,即自旋宇称和径向量子数。
然而,强相互作用允许新的物质形态存在,例如由纯胶子构成的胶球、由夸克和胶子构成的混杂态和由三个以上夸克构成的多夸克态等等,它们统称为奇特强子态。寻找和研究这些新的物质形态将为夸克和胶子形成强子提供重要信息。如果奇特强子态不存在,将意味着强相互作用基本理论需要重大变革。
寻找胶球首先需要全面地找出并确认夸克模型预期的介子谱,从而找到无法归类于夸克模型介子谱的共振态。然后需要系统地研究多种反应过程确定胶球候选者的产生和衰变性质。综合所有这些信息才能回答诸如以下等问题:纯的胶球是否存在;以胶球为主的强子态是否存在;如果存在,胶球的衰变模式如何等。寻找和研究胶球需要非常多的统计量和完整的反应模式,而至今人们尚未寻找到明确的胶球信号。