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夸克衰变及其衰变模型
作者:网站采编关键词:
摘要：人们非常希望寻找到一种完全没有内部结构的粒子系列，去构建宇宙物质的结构系统。“物理学家一直企图寻找物质的最终极、最基本的组分，但始终未能找到一个简单的、像质点一样
人们非常希望寻找到一种完全没有内部结构的粒子系列，去构建宇宙物质的结构系统。“物理学家一直企图寻找物质的最终极、最基本的组分，但始终未能找到一个简单的、像质点一样的没有结构的基本组分，即一种真正的不可分割的‘原子’。研究的每一新层次都揭示出，原来想象基本组分的内部又有了结构与复杂情况”［1］。关于物质结构的研究，在以粒子对撞机为核心技术的指引下，取得了很大的成功，并由此而产生了核子结构的夸克模型。但是，关于夸克，又有亚结构，这与庄子“一尺之锤，日取其半，万世不竭”的物质无限可分思路相符。本文从宇宙的演化、时序和阶段性与物质结构层次性的对应关系上，探讨了对物质结构是否无限可分问题。
1 能级与结构的同一性和层次性
宇宙起源元初物质中就存储了能量，笔者称之为元能量［2］。元能量是物质结构及其演化的能量基础。能级决定了物质的结构形式，或者说，结构是能量的存储方式，并在结构中展开其层次性和多样性。能级依夸克、核子、核素、原子和分子，可分为五个层次。
夸克是核子内部的结构层次，而元素周期表反映的是核结构和原子结构两个层次。物质能级的不同，构成了其结构及其物理性质的不同。不同能级层次的物质，其结合能不同。分子等几个层次“结合能占体系总能量的百分比，在不同的研究层次有很大的区别:分子层次约占10－9;原子层次约占10－5;原子核层次约占 10 －3;高能物理超过 1。”［3］
2 粒子与夸克衰变
夸克模型是核子的深层结构模型，通过对夸克及粒子衰变规律分析，可得宇宙演化规律的一般性认识。
2.1 粒子衰变
粒子主要有介子和重子，它们都由夸克组成。所有介子衰变的共同特征，是最终都将衰变成电子、正电子、中微子和光子;重子，其中包括质子、中子和超子(Λ粒子、∑粒子、Ξ粒子)，以及Δ粒子，除质子外，都将衰变［4］。如Λ粒子在10－10s内衰变成一个质子p和一个π介子，然后π介子再衰变。最终为几个中微子、一个电子和一个质子。
2.2 夸克衰变
在弱相互作用理论中，大多数强子的弱衰变通过c→s或u→d转换进行［5］。例如一种允许的粲介子衰变为cu→sd。通过弱相互作用，一种夸克可能衰变为另一种夸克，在普通物质中的底夸克、粲夸克和奇异夸克最终都将衰变为上、下夸克［6］。而顶夸克的衰变时间为5×10－25s。粒子组合的6种中的粲(c)奇(s)顶(t)和底夸克(b)显然是不稳定的;中子(ddu)衰变成质子(uud)，为中子中的一个下d夸克衰变成了上夸克u，因此，下夸克也是不稳定的。6种夸克中，只有上夸克u是稳定的。在d夸克向u夸克的转化过程中，“电子型中微子ve转化成电子，μ子型中微子vμ转化成μ子，在这些转化同时，夸克也有变化。在95%的事例中，d 夸克变成 u 夸克”［4］。
由重子数守恒定律:重子最终都衰变成质子和其它不能参与强相互作用的粒子，这是现夸克模型中不稳定粒子衰变成稳定性粒子的结果。
超重粒子的衰变，反映了超重粒子的不稳定性。而元素周期表中，从轻核素开始到重核素几乎都在发生β衰变。这表明了核素自发放射性衰变与夸克模型衰变的一般性。物质的自发放射性衰变是宇宙演化的趋势及必然结果。
3 宇宙演化的阶段性定位
3.1 核素结构与演化的时空特征
由核子平均结合能图知，铁元素是最高核结合能元素，以铁元素为基准，其两侧元素具有截然相反的性质:左侧元素分解吸收能量，右侧元素分解(裂变)释放能量;左侧元素核聚合(核聚变)释放能量的，而右侧元素核聚合吸收能量［7］。
将宇宙演化的时序性、阶段性与元素周期率联系起来，以最高核结合能的铁元素，作为现稳定性核素的代表。以核素中子量分析:铁元素右边为丰中子核素区，其左边为少中子核素区;以物质随时间演化作表述:则，铁元素右边为过去元素，以铀元素为代表;左边为未来元素区，以氢元素为代表。随着宇宙的演化，过去元素将以放射性衰变，从重核至轻核直至裂解方式释放能量，完成其向现在元素——铁元素的过渡;而未来元素要实现其向现在元素——铁元素的过渡，则是以核聚变的释放能量方式。正是这种核素相对于宇宙演化时序性、阶段性特征，产生了核素的裂变和聚变。通过这样两种激烈的核能释放方式，核结构分别从过去和未来的时空状态进入到了现在的核素结构时空状态。这两种完全相反的核反应过程的反常现象，在能级与结构的同一性、演化的时序性和阶段性上实现了统一。
文章来源：《时代汽车》 网址: http://www.sdqczz.cn/qikandaodu/2021/0128/1147.html
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