2017-07-20

 

顶夸克比氢原子核重了大约175倍,几乎和钨原子核重量相当,而其直径却在钨原子核的万分之一以下。顶夸克甚至比第二重的费米子「底夸克」重近40倍。其巨大的质量是粒子物理学中关注的热点之一。顶夸克的寿命非常短暂,只有5×10^-25秒,这么短的时间即使是最快的光,也前进了只有一个原子核直径1/7的距离,短得连顶夸克甚至都没有来得及和其他夸克发生反应,它就衰变成其他粒子了,顶夸克是唯一在形成强子之前衰变的夸克。

 

顶夸克的产生:顶夸克只在宇宙大爆炸初期的几分之一秒内以自然状态存在过,但物理科学技术突破这样的问题。

 

费米国立加速器实验室 (Fermi National Accelerator Laboratory / Fermilab / FNAL / 费米实验室) 是隶属于美国能源部的一所国家实验室,费米实验室的兆电子伏特加速器(Tevatron),在瑞士日内瓦LHC (Large Hadron Collider / 大型强子对撞机) 诞生以前它是唯一有能力制造出顶夸克的粒子加速器。2009LHC开始运行后,制造了接近一千八百万个顶夸克事件,以此成绩跃居为全球领先的「顶夸克工厂」。

 

美国纽约市长岛布鲁克海文国家实验室的物理学家透过巨型核原子加速器中制造了超热爆炸(像宇宙大爆炸一样的温度)4万亿摄氏度(4兆°C)。这个过程只持续不到十亿分之一秒,金氏世界纪录已确认了这个温度,它是太阳中心温度的25万倍,上次出现这样的温度还是大爆炸发生的时候,这项实验为科学家进一步了解130亿到140亿年间宇宙在一次大爆炸中的形成过程提供了新线索。

 

4万亿摄氏度下,普通物质都会被分解成在宇宙诞生后存在数微秒的亚原子汤。这项实验的负责人史蒂文-维格多博士表示:「提到这种超热物质,有许多很酷的事实,我们根本无法预测这种近乎完美的液体行为。

 

产生顶夸克的途径有好几种,顶夸克巨大的质量注定了只有很大的能量才能使其产生。

 

01 在自然条件下宇宙高能射线和大气层中的空气分子相碰撞时有可能会产生顶夸克。

 

02 藉助于人造的粒子加速器的力量,兆电子伏特加速器及LHC能产生如此高的能量,详细介绍如下:

 

※利用强作用力产生一对正负顶夸克对,兆电子伏特加速器所报导的案例大部分都是在碰撞中先诞生是高能的胶子,然后再衰变成一对正负顶夸克。

 

※亦可通过光子及Z玻色子的衰变生成顶夸克,只不过其机率少到几乎可以忽略不计。

 

※另一种途径则可通过弱作用力生成单独的顶夸克,在这种途径中又有两种不同的方式其一:是以W玻色子为中介生成一个正顶夸克和反底夸克;其二:是底夸克同上夸克或下夸克交换了一个w玻色子后转变成顶夸克。