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第12章 基本粒子和自然的力2（第2页）

它将质子和中子中的夸克束缚在一起，并将原子核中的质子和中子束缚在一起。

人们相信，称为胶子的另一种自旋为1的粒子携带强作用力。

它只能与自身以及与夸克相互作用。

强核力具有一种称为禁闭的古怪性质：它总是把粒子束缚成不带颜色的结合体。

由于夸克有颜色（红、绿或蓝），人们不能得到单独的夸克自身。

相反，一个红夸克必须用一串胶子和一个绿夸克以及一个蓝夸克连接在一起（红+绿+蓝=白）。

这样的三胞胎构成了一个质子或中子。

其他的可能性是由一个夸克和一个反夸克组成的对（红+反红，或绿+反绿，或蓝+反蓝=白）。

这样的结合体构成了称为介子的粒子。

介子是不稳定的，因为夸克和反夸克会相互湮灭，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的胶子自身。

相反，人们所能得到的胶子的团，其叠加起来的颜色必须是白的。

这样的团形成了称为胶球的不稳定粒子。

色禁闭使得人们观察不到一个孤立的夸克或胶子，这事实使得将夸克和胶子当作粒子的整个见解看起来有点玄学的味道。

然而，强核力还有一种叫做渐近自由的性质，它使得夸克和胶子成为意义明确的概念。

在正常能量下，强核力确实很强，它将夸克紧紧地捆在一起。

但是，大型粒子加速器的实验指出，强作用力在高能量下变得弱得多，夸克和胶子的行为就几乎像自由粒子那样。

统一电磁力和弱核力的成功，使人们多次试图将这两种力和强核力合并在所谓的大统一理论（或GUT）之中。

这名字相当夸张：得到的理论并不那么辉煌，也没能将全部力都统一进去，因为它并不包含引力。

它们也不是真正完整的理论，因为它们包含了许多不能从这理论中预言而必须人为选择去适合实验的参数。

尽管如此，它们可能是朝着完备的统一理论推进的一步。

GUT的基本思想是这样：正如前面提到的，在高能量下强核力变弱了；另一方面，不是渐近自由的电磁力和弱力在高能量下变强了。

在某个非常高的叫做大统一能量的能量下，这3种力都具有同样的强度，并因此可看成一个单独的力的不同方面。

在这能量下，GUT还预言了自旋为12的不同物质粒子（如夸克和电子）也会根本上都变成一样，这样导致了另一种统一。

大统一能量的数值还知道得不太清楚，可能至少有1000万亿吉电子伏特。

而目前粒子加速器只能使大致能量为100吉电子伏的粒子相碰撞，而计划建造的机器的能量可升到几千吉电子伏。

要建造足以将粒子加速到大统一能量的机器，其体积必须和太阳系一样大——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检验大统一理论。

然而，如同在弱电统一理论中那样，我们可以检验它在低能量下的推论。

其中最有趣的预言是，构成通常物质的大部分质量的质子能够自发衰变成诸如反电子之类更轻的粒子。

之所以可能，其原因在于，在大统一能量下，夸克和反电子之间没有本质的不同。

在正常情况下一个质子中的三个夸克没有足够能量转变成反电子，由于不确定性原理意味着质子中夸克的能量不可能严格不变，其中一个夸克会非常偶然地获得足够能量进行这种转变。