科普：本年度諾貝爾物理學獎成果解讀

央視國際 (2004年10月06日 00:10)

　　新華社消息：構成宇宙萬物的最小粒子是什麼？自然界中存在著哪些力，它們之間如何相互作用？這些是整個２０世紀乃至現在都困擾物理學家的難題。榮獲本年度諾貝爾物理學獎的三位美國科學家，通過他們的研究為回答這些問題作出了重要貢獻。

　　

近代物理學理論認為，夸克等是比質子和中子等亞原子粒子更基本的物質組成單位，夸克等組成了質子和中子，中子和質子又形成原子核，最終産生原子以及今天的宇宙萬物。現有的物理學理論還認為，自然界中存在引力、電磁力、強作用力和弱作用力等４種力。其中，夸克通過強作用力組成質子和中子，而這種強作用力主要通過另一種名為膠子的基本粒子來傳遞。

　　但物理學家們在研究夸克時也發現了一個奇怪的現象，那就是從沒有發現過自由的單個夸克，只有２個或３個夸克的集合體才能處於自由狀態，通常情況下夸克總是被約束在質子和中子內部。獲得今年諾貝爾物理學獎的格羅斯、波利策和維爾切克提出的“漸近自由”理論，為此提供了解釋。

　　３位科學家在上個世紀７０年代提出的理論認為，強作用力會隨著夸克彼此間距離的增加而增大，因此沒有夸克可以從原子核中向外遷移，獲得真正的自由。通俗地説，這一現象有點像拉一根具有彈性的橡皮筋：橡皮筋拉得越長，其産生的力量越大，人拉起來也更為費勁。同樣根據“漸近自由”理論，強作用力會隨著夸克間距離的變小而減弱，這意味著，約束在質子等內部的夸克在彼此距離足夠小時將近乎自由地進行運動。

　　為了描述夸克間的強相互作用力，物理學家們創立了量子色動力學。量子色動力學理論認為，與電子帶有電荷類似，夸克和膠子帶有色荷，基於色荷的色力或者強作用力，具有比電磁力更為複雜的作用方式和更為奇特的現象，“漸近自由”就是一個明顯例子。

　　諾貝爾物理學獎評委會認為，今年獲獎的３位科學家發現的“漸近自由”現象，不僅深刻地改變了科學家們對自然界基本作用力作用方式的理解，為量子色動力學理論奠定了基礎，使完善粒子物理學標準模型成為可能，而且也讓科學家向實現對自然界４種力進行統一描述的宏大夢想更進了一步。評委們把３位美國科學家的成就稱為“夸克世界中的一個多彩發現”，認為他們的發現有助於解釋為什麼夸克只有在極高能量下才會表現出近乎自由的狀態。

　　另外，一些專家也指出，通過了解夸克間相互作用力的性質，就有可能找到打開自由夸克的辦法。如果能夠合理利用夸克內部的強作用能，那麼人類就有可能獲得比核能還要大得多的能量，相關研究將有很大的應用潛力。

責編：陸玨如