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3 章（第1页）

物理学最早遇到的重要的内部对称性，对于后面夸克模型的建立有着重要的意义。

同样地，π介子也有同位旋对称性，也可以把π介子的三种状态写成一个向量的形式：

pi=begin{equation}left（begin{array}{c}pi^{+}pi^{0}pi^{-}end{array}right）end{equation}

这三种状态的混合比例也不影响π介子整体在强相互作用的性质。

另外，人们还发现，同位旋在强相互作用中守恒，即一个强相互作用前粒子的总同位旋与作用后粒子的总同位旋相同。

4、奇异粒子

为了研究带电粒子的性质，人们发明了云室。云室中充满了过饱和气体，并放在磁场中。带电粒子进入云室后，在磁场的作用下做圆周运动（或者弧形），并在云室中留下轨迹，通过对轨迹等信息分析，就能确定粒子的某些性质，比如电荷质量的比值等。但是中性粒子不能在云室中留下轨迹。

1947年，罗切斯特和巴特勒用云室研究宇宙线时发现了一些「V」型事件，即云室中在某一个点延伸出两个轨迹，这说明有一个中性粒子在这一点发生衰变，生成两个带电的粒子。下图是第一次观测到的「V」型事件云室照片：

图6：图中右下部分有一个明显的「V」型轨迹

通过分析，人们发现这两个末态粒子一个是质子，另一个是π-，根据能量守恒，衰变的粒子质量显然比质子的质量大。但当时所知的粒子只有质子、中子、电子、光子以及π介子，质量分别为938MeV、939MeV、0。5MeV、0、140MeV，因此这在当时是一个全新的未知粒子，后来称为Lambda^0粒子，观测到的「V」型事件是一个衰变过程：

Lambda^0→p+π^-

后来人们又发现了一类「V」型事件，其末态粒子为π^+、π^-，这个粒子质量大约为电子的1000倍，后来称之为K^0粒子。

Lambda^0粒子和K^0粒子都属于奇异粒子，但直到1954年，在美国布鲁克海文国家试验3GeV质子同步加速器实验中产生了大量奇异粒子后，它们的「奇异」性才展现出来并得到系统性研究，而奇异粒子就是当时发现的一批粒子的总称[5]，类似于电荷数，每个奇异粒子还具有「奇异数」，用S表示，而且有正有负，有的奇异粒子奇异数为正，有的则为负。电荷数在任何过程中都是守恒的，但是与此不同，奇异数只在强相互作用和电磁相互作用中守恒，在弱相互作用中并不守恒。

5、强子和夸克模型

随着粒子物理实验的进展，人们发现了越来越多的强子。人们把参与强相互作用的粒子统称为强子。根据强子的衰变性质，人们提出了重子数（类似于电荷数和奇异数），用B来表示，根据重子数的性质人们又把强子分成两类：重子和介子。重子具有非零的重子数，质子、中子以Lambda^0都属于重子，其重子数为1，而反重子的重子数则为-1。介子的重子数为0，π介子以及K^0粒子属于介子。

迄今为止，实验上已经发现了一百多种强子，这些强子的质量、寿命差别极大。大量强子的发现自然地让人们联想到了化学中的门捷列夫周期表，这么多的强子很难说都是基本粒子，它们更可能是由少数几种更基本的粒子构成的。

图7：化学元素周期表

对此，人们做了很多尝试[8]：

1949年，费米和杨振宁提出了费米-杨模型，认为质子和中子是基本粒子，π介子是由质子、中子以及它们的反粒子构成的，比如：

π^+=pbar{n}（注：符号上面加个横线表示其反粒子）

1956年，阪田昌一提出了坂田模型，认为质子、中子以及Lambda才是基本粒子。

费米-杨模型无法解释奇异粒子，而坂田模型则在解释重子时遇到困难。后来还有其它的一些不成功的尝试，但是这些尝试为后来的夸克模型奠定了基础。

1964年，M。Gell-Mann和G。Zweig分别独立地提出了夸克模型（QuarkModel）。他们认为，强子是由三种更基本的费米子，即夸克构成的。

图8：M。Gell-Mann发表的夸克模型的论文

夸克模型假设了三个夸克：

上夸克（u），电荷2/3e，重子数1/3，奇异数0

下夸克（d），电荷-1/3e，重子数1&#