[2004-10-06] 夸克「漸近自由」論貢獻大

　構成宇宙萬物的最小粒子是什麼？自然界中存在著哪些力，它們之間如何相互作用？這些是整個20世紀乃至現在都困擾物理學家的難題。榮獲本年度諾貝爾物理學獎的3位美國科學家，通過他們的研究為回答這些問題作出了重要貢獻。

　近代物理學理論認為，夸克是比質子和中子等亞原子粒子更基本的物質組成單位，夸克組成了質子和中子，中子和質子又形成原子核，最終產生原子以及今天的宇宙萬物。現有的物理學理論還認為，自然界中存在引力、電磁力、強作用力和弱作用力等4種力。其中，夸克通過強作用力組成質子和中子，而這種強作用力主要通過另一種名為膠子的基本粒子來傳遞。

　但物理學家們在研究夸克時也發現了一個奇怪的現象，那就是從沒有發現過自由的單個夸克，只有2個或3個夸克的集合體才能處於自由狀態，通常情況下夸克總是被約束在質子和中子內部。而「漸近自由」理論，為此提供了解釋。

　3位科學家在上個世紀70年代提出的理論認為，強作用力會隨著夸克彼此間距離的增加而增大，因此沒有夸克可以從原子核中向外遷移，獲得真正的自由。通俗地說，這一現象有點像拉橡皮筋：拉得越長，其產生的力量越大。強作用力會隨著夸克間距離的變小而減弱，這意味著，夸克在彼此距離足夠小時將近乎自由地進行運動。

　為了描述夸克間的強相互作用力，物理學家們創立了量子色動力學。量子色動力學理論認為，與電子帶有電荷類似，夸克和膠子帶有色荷，基於色荷的色力或者強作用力，具有比電磁力更為複雜的作用方式和更為奇特的現象，「漸近自由」就是一個明顯例子。

　「漸近自由」現象為量子色動力學理論奠定了基礎，使完善粒子物理學標準模型成為可能，而且也讓科學家向實現對自然界4種力進行統一描述的「大一統理論」的宏大夢想更進了一步。目前最接近「大一統理論」的是粒子物理學標準模型，這個模型建基於愛因斯坦的相對論和量子力學，描述電磁力（帶電粒子之間的作用）、弱作用力（對太陽產生能量十分重要）和強作用力（夸克之間的作用）這三種基本力及所有基本粒子的理論。

研究或導致「超核能」誕生

　另外，一些專家也指出，如果能夠合理利用夸克內部的強作用能，那麼人類就有可能獲得比核能還要大得多的能量，相關研究將有很大的應用潛力。（新華社/美聯社/法新社/路透社）