重子谱（翻译）

  最近几年我们对含重味夸克的重子研究取得了显著进展，近四年来已知的含b夸克的重子数从1个增加到7个，已知的含粲重子数从16增加到34个。然而有很多问题需要澄清：很多例子里，含重味夸克的重子的量子数是依据夸克模型期望所推断的，直接的测量是值得期待。一个例外是 ，它的自旋宇称 是利用级联衰变 （见图5）中的衰变角分布所确定的，而质量谱建议其自旋为 或 ，宇称为负。迄今为止我们已知的最重的重子为 ，只能可能为 ，与含粲重子的奇异数激发态能量对比，几乎高了 ，但这个结果最近受到了挑战。

  含双粲的重子 只在一个实验被发现，测量的质量比夸克模型的预测低了很多。令人意外的是， 对的产生机制不会产生太多的 ，该机制被在 对撞中 的发现所证实，即对撞过程的强子化会产生含双粲的重子。含三粲重子或者（ccb）、（cbb）或（bbb）之于重子来说就如同重夸克偶素之于介子：即高精度QCD研究的实验室。这是值得期待的，例如这些重子的Roper共振态模拟是将会是稳定的，且在负宇称激发态之下。

  利用已有的机会，重重子谱的实验前景是光明的。值得一提的是，经常有定期举行的讨论和研讨会计划利用重离子对撞的产生潜力去研究奇异重子和重味重子谱，但对应的探测器、触发器和分析程序的升级还未开始。

  LHC很有可能会产生大量的双粲重子，甚至三粲重子。关于产生速率请参考文献[ Berezhnoi et al(1998) ]和[ Gomshi Nobary and Sepahvand(2007) ]。BELLE的升级将会极大提高B介子衰变，改善 湮灭的本底事例；我们已知的大部分信息来自于先前的BABAR实验，当前的BELLE实验以及CLEO实验。PANDA实验也为重味物理的研究提供了进一步唯一的可能。

  轻重子谱已经又成为了粒子物理领域的焦点。夸克模型仍然是最具有信服力的理论。即使其最简单的版本--谐振子，也能用来解释低质量所期望的重子共振态数目，而且采用中心势和自旋依赖势能有效改善预言结果。在其相对论版本中，光产生的螺旋度振幅、磁矩和形状因子等电磁性质也能被很好地计算出来。然而在更高的激发态时，夸克模型遇到了“丢失共振态”的问题。这里我们回顾之前提到的，基态重子的质量不是来自相对论性夸克的运动，而是来自手性对称性破缺。由于手性对称性可以在一定体积内破缺，手性对称性破缺也可能是激发态重子质量的主要来源。

  动态产生共振态的问题需要进一步澄清。夸克-胶子动力学所预测的态需要具有更高Fock配置的长程修正，而这种长程修正主要是由介子-重子相互作用决定的。另一方面，随着最近有效理论和手性动力学理论的发展，共振态可以从一个纯强子图像开始进行描述，但在这种方法中，短程修正又回到了相互作用的夸克。这种情况可能类似于磁场中的原子，在磁场中，弱磁场和强磁场的限制都相对简单。对于媒介场，截断的弱场和强场扩展给出了不同的预测，肤浅的观察者可能会将其错误解释为原子水平的两倍。对于重子共振态，夸克模型波函数和介子-重子态显然有相当大的重叠，因此它们的叠加应该小心处理。

主要特征

基本粒子要比原子、分子小得多，现有最高倍的电子显微镜也不能观察到。质子、中子的大小，只有原子的十万分之一。而轻子和夸克的尺寸更小，还不到质子、中子的万分之一。

粒子的质量是粒子的另外一个主要特征量。按照粒子物理的 规范理论，所有规范粒子的质量为零，而规范不变性以某种方式 被破坏了，使夸克、带电轻子、中间玻色子获得质量。现有的粒子质量范围很大，从0到90吉电子伏。光子、胶子是无质量的，电子质量很小，只有05兆电子伏，π介子质量为电子质量的280倍；质子、中子都很重，接近电子质量的2000倍，约为1吉电子伏，已知最重的粒子是Z0，其质量为90吉电子伏。己发现的五种夸克，从下夸克到底夸克，质量从轻到重。下夸克质量只有03吉电子伏，而底夸克重达5吉电子伏，顶夸克还没有发现，理论预言它的质量可能超过100吉电子伏。中微子的质量非常小，目前己测得的电子中微子的质量小于7电子伏，即为电子质量的七万分之一，已非常接近零。

粒子的寿命是粒子的第三个主要特征量。电子、质子、中微子是稳定的，称为 "长寿命"粒子；而其他绝大多数的粒子是不稳定的，即可以衰变。一个自由的中子会衰变成一个质子、一个电子和一个中微子； 一个π介子衰变成一个μ子和一个中微子。粒子的寿命以强度衰减到一半的时间来定义。质子是最稳定的粒子，实验已测得的质子寿命大于10的33次方年。

粒子具有对称性，有一个粒子，必存在一个反粒子。1932年科学家发现了一个与电子质量相同但带一个正电荷的粒子，称为正电子；后来又发现了一个带负电、质量与质子完全相同的粒子，称为反质子；随后各种反夸克和反轻子也相继被发现。一对正、反粒子相碰可以湮灭，变成携带能量的光子，即粒子质量转变为能量；反之，两个高能粒子碰撞时有可能产生一对新的正、反粒子，即能量也可以转变成具有质量的粒子。

粒子还有另一种属性—自旋。自旋为半整数的粒子称为费米子，为整数的称为玻色子。

物质是不断运动和变化的，在变化中也有些东西不变，即守恒。粒子的产生和衰变过程就要遵循能量守恒定律。此外还有其他的守恒定律，例如轻子数和夸克数守恒，这是基于实验上观察不到单个轻子和夸克的产生和湮灭，必须是粒子、反粒子成对地产生和湮灭而总结出来的。

微观世界的粒子具有双重属性粒子性和波动性。描述粒子的粒子性和波动性的双重属性，以及粒子的产生和消灭过程的基本理论是量子场论。量子场论和规范理论十分成功地描述了粒子及其相互作用。

（一个质子和一个反质子在高能下碰撞，产生了一对几乎自由的夸克。）

1964年，美国物理学家默里·盖尔曼和G茨威格各自独立提出了中子、质子这一类强子是由更基本的单元——Quark组成的。它们具有分数电荷，是基本电量的2/3或-1/3倍，自旋为1/2。

介子包括π介子，η介子和κ介子。

介子的发现是从核力的研究开始的。两个荷电粒子间的力是由场引起的。从波粒二象性的观点，电磁场是光子。因此，两个荷电粒子之间的作用力是通过光子的交换来实现的。可以这样设想：第一个荷电粒子放出光子被第二个吸收，而第一个荷电粒子的作用和光子同时传到第二个粒子；第二个荷电粒子也放出光子被第一个吸收，如此继续下去。、把这种观点应用到核子之间的作用力上去，根据实验测得的核力强度，计算的结果表明，如果核力是由于核子之间交换粒子而产生的话，那么这种粒子的静止质量的大小约为电子静止质量的200到300倍。1947年从宇宙射线发现的π介子符合这种要求。

现在介子类包括带正负电的以及中性的π介子，带正负电的以及中性的κ介子，和近来才发现的η介子。介子类的基本粒子的静质量介于轻子和重子之间，所以取名为介子。

介子的自旋量子数为零。

介子和重子都归属于强子。

基本粒子的一类，包括π介子、K介子、ρ介子、ω介子、（0、1、2）倍，即都是玻色子。介子都不能稳定存在，经历一定平均寿命后即转变为别种基本粒子。有的介子是荷电的，也有中性的。例如π介子有三种，π+和π-质量为电子的2733倍，电荷相反，互为正、反粒子，而π°是中性的，质量为电子的2643倍，其反粒子就是它自身。荷电K介子K+和K-互为正、反粒子，质量为9667mc；中性K介子K■和■°互为正、反粒子，质量为976mc。中性K介子在运动时有两种组合态。π、K、n介子的自旋都是零，有时称为标介子。通过核力的研究预言介子的存在，并推测它的质量介于电子与质子之间。后来在宇宙线中先后发现了μ和π介子，μ介子的质量为电子的2066倍，现在被正式命名为μ子，不归入介子而归入轻子一类，而π介子才是核力的媒介。近几年在高能加速器中使粒子相互碰撞，新的介子（共振态）续有发现。