下夸克

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簡介

下夸克，（down quark）是一種基本粒子。符號:d，在所有的夸克中，下夸克是質量第二小的夸克，只比上夸克的質量大。組成原子核的中子與質子都是由下夸克與上夸克共同形成。和所有夸克一樣，下夸克是一種費米子，自旋為12，且可以感受到所有四種基礎作用：引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用與弱相互作用。下夸克的反粒子是反下夸克。下夸克帶有負電荷，反下夸克帶有正電荷。

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歷史

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在粒子物理學初期（二十世紀前半期），質子、中子、π介子等等強子類粒子都被認為是基本粒子。然而隨着更多強子被發現，粒子園從1930年代早期與1940年代的幾個粒子增加到1950年代的幾十個粒子。物理學者起初並不清楚它們彼此之間的關係，直到1961年，由於默里·蓋爾曼與尤瓦爾·內埃曼各自獨立地提出一種強子分類方案，稱為「八重道」，利用SU(3)味對稱性，這問題才獲得解決。

八重道將強子組織為不同的同位旋多重態，然而，物理學者仍不清楚這分類方案背後的物理原理。1964年，蓋爾曼與喬治·茨威格各自獨立的提出夸克模型，在那時只涉及到上夸克、下夸克與奇夸克。儘管夸克模型能夠合理地解釋八重道，但在那時並沒有任何實驗證據。1968年，物理學者在斯坦福直線加速器中心所做的實驗觀測，終於證實了下夸克的存在。深度非彈性碰撞實驗揭示了質子具有次結構：它是由三個更基礎的粒子組成，因此證實了夸克模型。

剛開始，人們並不情願把這三個基礎粒子辨識為夸克，而是青睞理查·費曼的部分子模型。隨着時間演進，夸克模型漸漸被廣泛接受（更多細節，請參閱條目J/ψ介子）。

質量

雖然下夸克很常見，但下夸克的裸質量尚未被準確測定，應該是在4.5與5.3Mev/c²之間。格點QCD方法所預測的數值更為精確：4.79±0.16Mev/c²。

在介子（由一個夸克與一個反夸克組成的粒子）或重子（由三個夸克組成的粒子）里，夸克的有效質量會變得比較大，這都歸因於夸克與夸克之間的膠子場所產生的結合能。例如，在質子裡，下夸克的有效質量約為330Mev/c²。由於下夸克的裸質量很小，它不能直接地被計算出來，因為必須將相對論效應納入考量。膠子場所媒介的強作用力之作用下，夸克的移動速度約為光速的99.995%，相應的洛倫茲因子約為100，所以，所有夸克的靜質量總和僅為質子或中子質量的1%。