第五章 基本粒子和自然的力（6 / 9）

胶子另种自旋为1粒子携带强作用力。它只能与自身以及与夸克相互作用。强核力具有种称为禁闭古怪性质：它总是把粒子束缚成不带颜色结合体。由于夸克有颜色（红、绿或蓝），人们不能得到单独夸克。反之，个红夸克必须用串胶子和个绿夸克以及个蓝夸克联结在起（红＋绿＋蓝＝白）。这样三胞胎构成质子或中子。其他可能性是由个夸克和个反夸克组成对（红＋反红，或绿＋反绿，或蓝＋反蓝＝白）。这样结合构成称为介子粒子。介子是不稳定，因为夸克和反夸克会互相湮灭而产生电子和其他粒子。类似地，由于胶子也有颜色，色禁闭使得人们不可能得到单独胶子。相反地，人们所能得到胶子团，其迭加起来颜色必须是白。这样团形成称为胶球不稳定粒子。

色禁闭使得人们观察不到个孤立夸克或胶子，这事实使得将夸克和胶子当作粒子整个见解看起来有点玄学味道。然而，强核力还有个叫做渐近自由性质，它使得夸克和胶子成为定义得很好概念。在正常能量下，强核力确实很强，它将夸克很紧地捆在起。但是，大型粒子加速器实验指出，在高能下强作用力变得弱得多，夸克和胶子行为就像自由粒子那样。图5.2是张个高能质子和个反质子碰撞照片。

图5.2个质子和个反质子在高能下碰撞，产生对几乎自由夸克。

统电磁和弱力成功，使许多人试图将这两种力和强核力合并在所谓大统理论（或GUT）之中。这名字相当夸张，所得到理论并不那辉煌，也没能将全部力都统进去，因为它并不包含引力。它们也不是真正完整理论，因为它们包含许多不能从这理论中预言而必须人为选择去适合实验参数。尽管如此，它们可能是朝着完全统理论推进步。GUT基本思想是这样：正如前面提到，在高能量时强核力变弱；另方面，不具有渐近自由性质电磁力和弱力在高能量下变强。在非常高叫做大统能量能量下，这三种力都有同样强度，所以可看成个单独力不同方面。在这能量下，GUT还预言自旋为1/2不同物质粒子（如夸克和电子）也会基本上变成样，这样导致另种统。

大统能量数值还知道得不太清楚，可能至少有1千万亿吉电子伏特。而目前粒子加速器只能使大致能量为100吉电子伏粒子相碰撞，计划建造机器能量为几千吉电子伏。要建造足以将粒子加速到大统能量机器，其体积必须和太阳系样大——这在现代经济环境下不太可能做到。因此，不可能在实验室里直接证实大统理论。然而，如同在弱电统理论中那样，们可以检测它在低能量下推论。

其中最有趣是预言是，构成通常物质大部分质量质子能自发衰变成诸如反电子之类更轻粒子。其原因在于，在大统能量下，夸克和反电子之间没有本质不同。正常情况下个质子中三个夸克没有足够能量转变成反电子，由于测不准原理意味着质子中夸克能量不可能严格不变，所以，其中个夸克能非常偶然