探测器漏出的其他粒子当中。 他躺在那里，开始动动手脚，试图让头脑清醒过来，这时有个忸怩的声音问道：“你是在找我吗？” 最初，他并没有认识到这个问题是向他提出的，但是，当这个诱人的提问又重复了一次时，他便努力挣扎着坐了起来。 “对不起，”他瞧瞧四周，鼓起勇气说道，“请再说一遍。”他发现正在同他说话的是那堆粒子中的一个———个相当罕见的、外表着实异乎寻常的粒子。 “我想，我并没有找你。”他咕哝说。 “你能肯定吗？”她固执地问。 “十分肯定。” 谈话尴尬地中断了片刻。 “太遗憾了。我可以离开大伙——就一个人，至少你也可以看看我的标签嘛！”她生气地补了一句。 汤普金斯先生叹了口气，但还是顺从地照她的话做了。他读出“自旋等于３／２，Ｂ＝１，负电荷，Ｓ＝－３，质量是1672MeV/c2……” “怎么样？”她期待他说。 “什么怎么样？”他回答说，不晓得她要的是什么东西。不过，后来他心中突然一动：“老天爷啊，你是……你是Ω－粒子嘛！你就是我被派出来寻找的那个粒子！我完全忘了。天啊，我找到了那个失踪的Ω－粒子了！” 他非常兴奋地把她拾起来，急急忙忙地跑回福尔摩斯那里，让他看自己的战利品。 “太棒了！”福尔摩斯大声喊道，“同我猜想的完全一样。把它放到它所属的家族那里去吧！” 汤普金斯先生把它放在地板上，完成了那个三角形的十重态。福尔摩斯则掏出他那有名的黑色陶制烟斗，心安理得地靠在椅背上吞云吐雾。 “这是基本的，亲爱的华生。”他宣布说，“是基本的。” 汤普金斯先生对摆在他们面前的图形——六角形的八重态和三角形的十重态——注视了片刻，不过，这时，他开始发觉从福尔摩斯那烈性烟丝散出的气味是那么辣得呛人，他越来越被烟雾所包围。这是最不愉快的事，所以他决定还是离开此地为妙。 漫无目标地走了一会儿，他决定绕着探测器闲逛一圈。走到尽头时，他又惊奇又高兴地看到一个俯身在工作台上干活的熟悉身影。这是那个木雕匠！ “你在这里做什么？”他问道。 木雕匠抬起头来，认出他的拜访者后，他脸上露出了笑容：“这不是你吗！能够再一次见到你，真是太好了。” 他们握起手来。 “还在忙着干你的上色活，我看到了。”汤普金斯先生说。 “是的。不过从上一次你来看我以后，我就搬到这里来了。”他说，“新任务。不再给质子和中子上色了。这些日子要上色的是夸克。” “夸克！”汤普金斯先生喊道。 “对极了，它们是原子核物质的最基本的组成部分。中子和质子就是由它们组成的。” 他看着他的朋友，示意要他走近一点。“我刚才无意中听到你同上面那个大声嚷嚷的家伙的谈话，”他像在说心腹话那样咕哝说。“这是基本的，亲爱的华生，是基本的。”他挖苦地重复了福尔摩斯的话，“去他的吧，他根本就不知道他在说什么。基本的，简直是胡说！他的那些粒子完全不是什么基本粒子。把我的话传给他：夸克才算得上最基本的东西。” “那么，你现在究竟是在于什么活呢？”汤普金斯先生问道。 “在给夸克涂上颜色啊，”木雕匠回答说，“由于新粒子是从加速器跑出来的，我得给它们的夸克上色。”他一只手拿起一把很精巧的尖头刷子，另一只手拿着一把镊子，继续说下去：“这是很琐碎的活。夸克实在是大小大小了。瞧，这里是个介子，再看看里面的夸克：一个夸克，还有一个反夸克。我得像这样来处理夸克。”他一边说，一边把镊子伸进介子内部，把那个夸克夹住，“你永远无法把夸克拉出来，它们胶合在一起，粘得太牢了。不过没关系，就是它们还呆在里面，我也能够非常好地把它们涂上颜色。我把夸克涂上红色，就像这一个。然后，再用另一把刷子，把反夸克涂成绿色。” “这是你过去给质子和电子所上的颜色嘛。”汤普金斯先生还记得。 “是的。正如你所看到的，这两种颜色的组合使整个介子变成白色。但是，我也可以利用其他补色的组合做到这一点：蓝色同黄色，青色同品红色（或紫色）。”他指着工作台上另一些颜料瓶说。 “而重子（像这边这个质子）是由三个夸克组合成的。所以对于重子来说，我要把每一个夸克涂成不同的原色：红，蓝和绿。这是产生白色的另一种办法。要嘛你采用一种颜色和它的补色，要嘛就把所有三种原色混合起来。” 这时汤普金斯先生的思想突然走了题，想起不久前同神父的会面。他想象泡利神父一定会接纳介子——两个对立面的联姻，但却不敢肯定他对于三个相同粒子的组合会怎样看待。 木雕匠一本正经地往下说：“我想让你知道，这是一项极其重要的工作。宇宙的构造本身就取决于我在这里所做的事。给质子和电子上色，只不过是为了使它们看起来漂亮一些——在一般物理书的插图中更容易区别一些。但是，前面说到的那些却是非常重要的色。我是说，物理学家们本身就是这样称呼它们的。它们说明了为什么夸克总是互相束缚在一起——为什么它们永远不能分离。一个粒子要想能够独立，它就必须是白色的，就像我刚刚完成上色工作的质子和中子那样。这些质子和中子都放在上面的匣子里，马上就准备交货了。不过，单个的夸克却是有色的，所以它们必须永远同带有适当颜色的其他夸克粘在一块。我相信，我已经把这一切都对你讲清楚了。” 汤普金斯先生觉得他先前从那本小册子读到的某些内容，现在好像有了着落。但是，究竟为什么粒子应该是白色的，这对他仍旧是个谜。他走到放着中子的那个匣子跟前，把盖子打开。他被核子耀眼的白色给震住了。事实上，他被白光弄得眼花绦乱，不得不用手遮住眼睛…… “我相信，他终于走回来了。”这是慕德的声音，“拿灯来，对不起，你把他照瞎了。亲爱的，亲爱的，你还好吗？太叫人宽慰了。我们都担心得要死。你怎么撞成这样了！现在你觉得怎么样？” “就是那个正电子，”汤普金斯先生喃喃他说，“那个正电子击中了我。” “有个正电子击中了他？”有个声音问道，“他是这样说的吗？” “脑震荡，”另一个声音宣布说，“他患了脑震荡。真是一塌糊涂！我们得把他送去医疗站。现在他需要先休息一会儿，我们把他前额的伤口包扎一下吧！” １６ 教授的最后一篇演讲女士们、先生们： 1962年，默里·盖尔曼和尤瓦尔·尼曼分别独立地认识到，可以根据ＳＵ（３）群把各种粒子归纳成一些家族图形。 他们发现，并不是所有家族图形都是完整的，其中有一些空隙。从这方面说，这种情况同门捷列夫早先在编制其原子元素周期表时所面临的局面非常相似。门捷列夫也发现元素的表现可以排成一些周期循环的图形，如果他给当时还没有发现的元素留下一些空位，通过考察这些空位旁边的元素的性质，他便能够预测那些未知元素的存在和它们的本质。现在，历史再次重演了：盖尔曼和尼曼也根据三角形十重态中的一个空位，预测出Ω－粒子的存在和它的具体性质。由于1963年引人注目地发现了Ω－粒子，科学界便完全相信ＳＵ（３）对称群是站得住脚的。 门捷列夫周期表通过揭露元素之间的关系，暗示了它们的内部结构：应该把各种元素看做是用同一个题材写成的不同类型的作品。这种看法后来在原子结构理论中得到了证实，根据这个理论，一切原子都是由一个原子核及其周围的电子组成的。 1964年，盖尔曼和兹威格指出，粒子所表现出的相似性和家族图形同样是某种内部结构的反映。这个建议坚持认为，当时被当作“基本粒子”的２００多种粒子，事实上很可能是由更为基本的组成部分构成的合成物。这些组成部分被叫做夸克。目前，大家都相信夸克是真正的基本粒子。它们被看做是不具有由“亚夸克”组分组成的内部结构的点状物。但是，谁知道是不是这样呢？我们也可能又一次被证明是错误的！ 最初的方案是根据当时已知的三种类型或者说有三种味的夸克制订的。这三种夸克是上夸克、下夸克和奇夸克。前两种夸克之所以这样命名，是因为它们的同位旋采取朝上和朝下的方向。奇夸克的名称则出于它带有新发现的一种物理性质——奇异性。20世纪70年代，人们辨认出带有另外两种性质（粲性和底性）的粒子，到了90年代，又辨认出另一种性质（顶性）。于是，后来的方案就必须把带有新发现的性质（另外三种味）的夸克包括进去。所有这６种夸克的性质都在表１中列出。 除了这６种夸克以外，还有６种反夸克，它们的各个量子数全都与表１所示的值相反。例如，奇夸克ｓ的反夸克ｓ－的Ｑ＝＋１／３，Ｂ＝－１／３，Ｓ＝＋１。表１ 夸克的各种性质———————————————————————————— Ｑ Ｂ Ｓ ｃ ｂ ｔ————————————————————————————ｄ -1/3 1/3 0 0 0 0ｕ 2/3 1/3 0 0 0 0ｓ -1/3 1/3 -1 0 0 0ｃ 2/3 1/3 0 1 0 0ｂ -1/3 1/3 0 0 -1 0ｔ 2/3 1/3 0 0 0 1———————————————————————————— 表是Ｑ是电荷，Ｂ是重子数，Ｓ是奇异数，ｃ是粲数，ｂ是底数，ｔ是顶数。竖行中的ｄ，ｕ，ｓ，ｃ，ｂ，ｔ分别代表下、上、奇、粲、底、顶等６种夸克。 这些夸克和反夸克可以合成高能碰撞中产生的所有新粒子。重子是由３个夸克（ｑ，ｑ，ｑ）构成的。因此，举例来说，质子是（ｕ，ｕ，ｄ）的组合，中子是（ｕ，ｄ，ｄ），而Λ０是（ｕ，ｄ，ｓ）。你们可以从表１中查出，上面这些组合确实产生了各种粒子所具有的性质（例如，质子的Ｂ＝＋１，Ｑ＝＋１）。 反重子是由３个反夸克（ｑ－，ｑ－，ｑ－）组成的，这就使得重子和反重子具有截然相反的性质。 那么，像π介子这类介子呢？介子是由一个夸克和一个反夸克（ｑ，ｑ－）组合构成的。例如，π＋介子是（ｕ，ｄ）的组合。你们可以再一次从表１中查出，这种组合正好给出π＋介子的全部性质：Ｂ＝０，Ｑ＝＋１。 我必须指出，并非所有粒子都是由夸克构成的。只有重子和介子才有这样的结构。事实上，我们把所有这类粒子统称为强子。强子能感受强核力的作用；而另一些类型的粒子，像电子、μ子和中微子等，就不是这样了，它们统称为轻子。其实，“重子”和“轻子”这两个名称可能并不太准确，它们是根据粒子质量的轻重定下来的。但是，我们目前已经知道，有一种轻子——τ粒子——比质子还要重一倍，根本就不是什么“轻”粒子！因此，最好是根据粒子到底是强子（会进行强相互作用的）还是轻子（不感受强核力作用的），来对它们进行描述。 到目前为止，我们只谈到被束缚在强子里的夸克。那么，自由夸克是什么样的呢？它们应该是很容易根据它们的分数电荷（Ｑ＝１／３或Ｑ＝２／３）而被辨认出来的吧！ 尽管人们尽了最大的努力，却从来没有人见到过自由夸克。即使是在最高能的碰撞中，也从未发射出夸克来。这就要求物理学家对它作出合理的解释了。 有一种流行过一时的想法认为，夸克并不是真实的东西，而只不过是数学上的玩意儿——一种有用的虚构物。是粒子的表现使人觉得它们似乎是由夸克构成的，但并没有现实的夸克这种东西。 但是，后来人们却无可争议地证明了夸克的真实性，这是历史重演的又一个例子。请大家回想一下，1911年卢瑟福爵士是怎样通过把子弹（α粒子）射入原子并观察到某些大角度反弹，从而证明原子核的存在的吧。这是因为大角度的反弹表明，入射粒子在原子中撞上了一个很小的密实的靶（原子核）。1968年，人们开始有可能把高能电子射入质子的内部，并开始积累了电子偶尔发生大角度侧向反弹的证据，这表明电子撞上了质子内部某种很小的密实的带电物体，从而证实夸克的确是存在的。不仅如此，从这种大角度散射的频率出发，就可以计算出在质子内部有３个夸克。 好了，既然确实有夸克存在，那么，为什么它们从来不单独出现呢？此外，我们还必须再提一个问题：为什么我们只能得到（ｑ，ｑ－）和（ｑ，ｑ，ｑ）的组合，而得不到像（ｑ，ｑ－，ｑ）和（ｑ，ｑ，ｑ，ｑ）那样的组合呢？为了解释这个问题，我们得转而谈谈夸克之间的作用力的本质。 首先我们要回顾一下，氢原子的质子和电子之间的吸引力是怎样由质子和电子所带电荷之间的静电作用力引起的。这样，通过类比，我们要引人另外一种“荷”。我们假定夸克就带有这种“荷”（此外还带有电荷），而强力就是由于这种“荷”之间发生相互作用而引起的。我们把这种“荷”叫做色荷，为什么这样叫，以后大家就会明白。 就像正负电荷会互相吸引一样，正负色荷也会互相吸引，不过其作用力要强得多。我们假定夸克带有正色荷，而反夸克带有负色荷，这就解释了为什么容易出现介子的（ｑ，ｑ－）组合的原因。我们再一次通过同静电场的类比，假定同性的色荷互相排斥，这就说明了不存在（ｑ，ｑ－，ｑ）组合的原因。正如靠近氢原子的第二个电子不会附在氢原子上，是因为它对质子的吸引力被它对已经处在原子中的那个电子的排斥力抵消掉了一样，第二个夸克也不会附在介子上，因为它受到介子中已有的另一个夸克的排斥。 不过，你们大概想问：那么，你怎么解释（ｑ，ｑ，ｑ）的组合呢？这里我们必须注意到电荷和色荷之间的差异。电荷只有一种，它可以是正的，也可以是负的；而色荷却有三种，其中每一种都可以是正的，也可以是负的。我们管它们叫做红、绿、蓝（即ｒ，ｇ，ｂ），其原因马上就要讲清楚（不过，现在我得立刻强调指出，它们同日常生活中的颜色并没有什么关系）。既然色荷有三种，便出现了一个问题：在带有不同种色荷的夸克之间（例如带红色的ｑｒ和带蓝色的ｑｂ之间）会发生哪种相互作用呢？答案是：它们会互相吸引。由于（ｑｒ，ｑｇ，ｑｂ）组合中的三个夸克各自带有不同的颜色，而每一个夸克都受到其他两个夸克的吸引，所以这时的吸引力非常强大，能使（ｑｒ，ｑｇ，ｑｂ）结合得特别牢固，特别稳定，因而就产生了重子。 为什么不会出现（ｑ，ｑ，ｑ，ｑ）的组合呢？因为色荷只有三种，所以第四个夸克所带的色荷必定与已经存在于重子里的三个夸克当中的某个夸克相同，这样一来，它就会受到带有同一种色荷的夸克的排斥。结果，这个斥力正好同另外两个带有不同色荷的夸克对第四个夸克所施加的吸引力抵消掉了，因此，第四个夸克就不能加入重子的组合。 说到这里，大家可能开始明白为什么要用“色荷”这个名称了。正如原子整个说来一般是电中性的那样，我们说，容许的夸克组合也应该是色中性的，或者说应该是“白色”的。把颜色混合成白色的方法有两种：或者是把一种颜色同它的补色（或负色）结合在一起；或者是把三个原色结合在一起。而这两种方法正好是把几种色荷结合成完全色中性的组合（介子和重子）的法则。 现在，我们来作个小结：夸克带有色荷ｒ，ｇ或ｂ的正值，而反夸克则带有这些色荷的负值（即互补值）ｒ－，ｇ－，或ｂ－。同性的色荷互相排斥，例如，ｒ排斥ｒ，ｇ－排斥ｇ－。而异性的色荷互相吸引，所以ｒ吸引ｒ－，等等。最后，不同种类的色荷也互相吸引。 我们还得再提出一个问题：为什么不存在独立的夸克呢？为了回答这个问题，我们必须更深入地了解色力的本质，事实上也是了解各种作用力的本质。 量子物理学认为，粒子间的相互作用并不是连续而是分立的，按照这种精神，我们认为一种作用力——任何一种作用力——从一个粒子传递给另一个粒子的机制，牵涉到第三个中介粒子的交换。从根本上说，我们可以认为粒子１朝着粒子２的方向射出那个中介粒子，在这个过程中，粒子１会发生一次反冲，就像枪支在射出子弹时会朝着与子弹运动相反的方向反冲那样。粒子２在接受中介粒子时，也吸收了它的动量，从而向后退离粒子１。这种交换的整个效果是迫使两个粒子分开。当那个中介粒子从粒子２回到粒子１时，上述过程又重复了一次，也再一次迫使两个粒子分开。其净效应是两个粒子互相排斥，也就是说，它们都受到一个斥力。 那么，引力是怎么回事呢？实际上是同样的机制在起作用，不过，如果大家坚持要进行类比的话，这一次我们必须认为粒子并不是射出子弹，而是扔出一个飞去来器。粒子１朝着背离粒子２的方向射出中介粒子，从而经受到一次朝着粒子２的反冲；而粒子２这时则从相反的方向接受到中介粒子，所以也被推向它的同伴。 在两个电荷之间产生电作用力的场合下，中介粒子是光子、由于一再交换光子，两个电荷或是互相排斥，或是互相吸引。 事情既然如此，我们就不禁要问：夸克之间的强相互作用力是不是也可以用交换某种中介粒子来解释呢？答案是肯定的，夸克也是通过交换一种叫做胶子的中介粒子而在强子中束缚在一起（我想，我毋须再说明胶子这个名称的来源了吧）。胶子有８种不同的类型。其所以如此，是因为在交换胶子的过程中，夸克要保持它们的分数电荷和分数重子数，还要能够交换它们的色荷。胶子在被第一个夸克射出时，带走了这个夸克原来的色荷，但是，夸克是不能够没有颜色的，因此，在它失去原来的颜色的同时，它就要带上第二个夸克的颜色。而那个胶子在到达第二个夸克时，会把这个夸克原来的色荷抵消掉，同时把从第一个夸克带来的色荷转交给它。这样，交换胶子的净效果是两个夸克交换了色荷。 要使这种转换能够发生，胶子就必须既带有某种色荷，又带有与之互补的色荷。举例说，胶子Ｇｒｂ将带有色荷ｒ和ｂ，它可以参加下面的转换过程： Ｕｒ→Ｕｂ＋Ｇｒｂ 接着是 Ｇｒｂ＋Ｄｂ→ｄｒ这里有三种色荷和三种互补色荷，因此，色荷和互补色荷之间便可以有３×３＝９种不同的可能组合，这些组合分成一个八重态和一个单态（大家应该还记得，前面在把介子归入ＳＵ（３）表象时，我们已经介绍过八重态和单态。胶子的单态对应于ｒｒ－，ｂｂ－和ｇｇ－等组合，由于它是色中性的，它不会同夸克发生相互作用，因此我们便不再考虑它。这样便只剩下八重态，也就是说，总共有８种胶子。 像光子一样，胶子是没有质量的；但是，和光子不同，光子本身并不带有电荷，而胶子——正如我们刚刚指出的——却带有色荷。因此，胶子不但能同夸克发生相互作用，而且在胶子自身之间也是如此。这就引人注目地改变了它们所传递的作用力的特性。电作用力会随着电荷问距离的增大而减弱（即反比于电荷间距离的平方而减弱），而色力却始终具有相同的值，与距离无关（除非色荷彼此靠得非常近，这时色力会变得几乎不再存在——就像一条橡皮筋的两端靠在一起时它会变得疲软没劲那样）。因此）当两个夸克靠在一起时，它们之间只有非常小的作用力，但是，当距离增大时，这个力就会达到一个固定不变的值。 现在请大家记住这一点，跟着我回到为什么没有发现单独的夸克这个问题上来。假定我们试图把两个夸克分开。由于它们之间存在着固定的作用力，为了使它们的距离增大，就必须使用越来越多的能量。最后，你会达到这样一个时刻，就是你为了拉断那条把两个夸克连在一起的纽带所使用的能量，已经大到足以产生一个夸克一反夸克对。这时所发生的事情是：那条纽带突然断开了，并且产生了一对夸克和反夸克。在新产生的这对夸克和反夸克中，那个反夸克立即与被拉出的夸克凑在一起，并组成一个介子，而那个夸克却留在强子里取代了旧夸克的地位。这种情况与你拿着一根磁铁试图把它的南、北极分开时所出现的局面非常相似。在把磁铁分成两半时，新的南、北极产生了，留下的是两根磁铁，你完全没有达到取得单独的磁极这个目标。同样，断开夸克之间的纽带也不会产生单独的夸克。 我们曾经说过，质子和中子都是色中性的，并且在它们之间存在着一种吸引力。正是这种力对抗着原子核中带正电的质子之间的静电斥力，使原子核粘得很牢而不致散开。为了理解核子之间怎么会出现这种强相互作用力，让我们回忆一下原子是怎样组成复杂的分子的——尽管各个原子本身都是电中性的。这种作用于各个原子之间的所谓范德瓦耳斯力之所以能够产生，是由于其中每一个原子里的电子都发生重新排列，从而使它们受到属于其他原子的原子核的局部吸引，这样就产生了一种能把各个原子结合在一起的外部剩余力。与此相似，一个核子里的夸克也能够用这种方式进行自我调整，从而产生了一种能够吸引邻近核子的组成部分的外力——尽管每一个核子都不具有净色荷。因此我们知道，作用于核子之间的强力也可以看作是组成它们的夸克之间的更为基本的胶子力的“泄漏”。 这样一来，强作用力（或者说胶子力）便在自然界各种不同的作用力之间占有一席之地。说到万有引力、电力和磁力，它们都是长程力，因而能产生很容易观察到的宏观效果，这里只要提出行星的轨道和无线电波的发射这两个例子就够了。但是，强作用力却是短程力，它的作用距离只有10-15米， 也就是同原子核的尺寸一般长。正是强力的这种短程性质，使得它要难以发现得多。 现在我想再为大家介绍另一种力——弱相互作用力。其实，就它的内禀强度而言，它并不比电力和磁力弱；它之所以显得弱，是因为它的作用距离甚至比强力还要更短：只有10-17米。 不过，虽然它的作用距离受到这样大的限制，它在自然界中却扮演着重要的角色。我们可以举一条核反应链作为例子，这就是氢（Ｈ）能够聚合变成氦（Ｈｅ），同时释放出能量。这些核反应发生在太阳上，并且是太阳的能源。在下面几个反应中，第一个反应就是由弱相互作用引起的： ｐ＋ｐ→２Ｈ＋ｅ＋＋νｅ ２Ｈ＋ｐ→３Ｈｅ＋γ ３Ｈｅ＋３Ｈｅ→４Ｈｅ＋ｐ＋ｐ式中γ是名叫γ射线的高能光子，２Ｈ是由一个质子和一个中子组成的氘核，而νｅ是中微子。 弱力也是自由中子发生衰变的原因： ｎ→ｐ＋ｅ－＋νｅ－式中νｅ－是反中微子。 顺便说一下，你们大概会觉得奇怪，这一切关于“作用力”的议论，难道同粒子的相互转变有什么关系吗？也许我应该说明，只要有粒子彼此产生影响（不管是以什么方式产生的），物理学家们就总是把它说成“作用力”或“相互作用”所产生的结果。这种说法不但适用于运动发生变化的场合（即我们日常想到有某种力在起作用时），而且也适用于粒子改变其身份的场合。 前面我已经提到过，与强子不同，无论是电子还是中微子都不感受强力的作用，这是因为它们都不带有色荷。中微子甚至也不感受电力的作用——它不带任何电荷，中微子从来不同其他粒子相互作用这个事实表明，我们必须考虑另一种类型的相互作用——弱相互作用力。 我们说，ｅ和νｅ是“电子型轻子”，它们的电子型轻子数等于＋１，其中每一种粒子分别有其反粒子ｅ＋和νｅ－，后者的电子型轻子数等于－１。就像在强子的场合下重子数Ｂ必须守恒那样，轻子数这个量子数在相互作用中也是守恒的，不信的话，你们可以核对一下前面那几个反应式。在谈到弱相互作用力时，由于ｅ和νｅ具有相同的轻子数，它们之间并没有任何差异。 那么，我们为什么说它们是电子型轻子呢？原因在于，自然界中还有μ子和μ子型中微子，以及τ子和τ子型中微子。这些粒子各有它们那种类型的轻子数，后者在反应中也必须守恒。这样一来，我们就可以想到，这些轻子组成了３种双重态。 夸克也组成双重态。正如我们先前所说，质子和中子组成一种同位旋双重态（即同一种粒子——核子——的不同带电状态），所以，组成ｐ和ｎ的ｕ夸克和ｄ夸克也组成一种双重态。其他夸克也是这样：ｓ和ｃ组成一种双重态，ｔ和ｂ组成另一种。 事实上，在夸克的同位旋双重态与轻子的“弱同位旋”双重态之间存在着一种联系：它们一起组成了３个代，如表２所示。 表２ 夸克双重态和轻子双重态的３个代————————————————————————————代 第一代 第二代 第三代 电荷————————————————————————————夸克 ｕ ｃ ｔ 2/3 ｄ ｓ ｂ -1/3————————————————————————————轻子 ｅ－ μ－ τ－ -1 νｅ νμ ντ 0———————————————————————————— 像强相互作用那样，在弱相互作用中，电荷、重子数和轻子数这些量子数也总是守恒的。但是，与强相互作用不同，在弱相互作用中，夸克的味不必守恒。因此，举例来说，中子（ｕ，ｄ，ｄ）衰变成质子（ｕ，ｕ，ｄ），是因为中子的一个ｄ夸克改变了自己的味而变成稍稍轻一点的ｕ夸克，同时发射出多余的能量。
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