高能粒子喷注并非由夸克与胶子构成(RT2)
2010-01-25 22:21:23
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作者 苟文俭

在高能粒子碰撞或重粒子衰变过程中,多个末态强子以团块的方式在某个方向形成的喷射,就是本文标题所称的高能粒子喷注,一般也都简称就是喷注

现代标准模型的量子色动力学(QCD)认为:喷注是由夸克与胶子形成的,它们的动力学特征就为我们提供了有关夸克、胶子以及它们之间相互作用的相关信息。

(一)

首先,让我们看看标准模型对粒子内部作用的描述到底是怎么一回事,实际中理论家们又怎样把喷注与夸克、胶子址到一起的。

我们知道,构建标准模型的规范理论(即杨-米尔斯场理论),开初就是一场与粒子内部作用事实完全不相关的数学游戏,但为了与实际相符,整整经过了十年的冥思苦想,终于由英国物理学家彼得·希格斯假想出了一种希格斯玻色子,设计了现在被称为希格斯机制的数学过程,他在使用了不知源于何处十多个人为参量后,通过与实验反复对照修正,使规范玻色子获得了质量,满足了理论演绎的需要,规范理论也就因此成为了能够与粒子内部作用相符的唯象理论。

但在标准模型这种满足演绎需要的发展中,尽管希格斯机制使用了十多个参量,但它却并不能得到所有夸克的有效质量,甚至连希格斯玻色子自身到底有多重也无法做确切的预知。也就是说:希格斯机制只是为了满足规范理论演绎需要“量身定做”的,在为粒子提供质量方面它并不具有普遍性。因此这就有充分理由认为:粒子获得质量的实际过程并非如希格斯机制所述;规范理论描述粒子内部作用,只具有数学表述的等效意义。

再看看高能粒子喷注与标准模型QCD的关系。夸克喷注与胶子喷注具体怎么样,QCD自身并不能给出多少有价值的结论,为了把观察到的喷注与夸克、胶子挂上钩,理论家们的做法是:根据高能粒子的质心系能量与喷注能量及其能量分布的数据,使用蒙特卡洛(Monte Carlo)方法进行模拟分析,从而获得有关夸克、胶子到底应当怎么样。

我们知道,蒙特卡罗方法是一种基于“随机数”的计算方法,在对高能粒子喷注应用这种数学方法时,不论是对喷注事件样本的选择,还是用统计方法对喷注动力学数字特征的估计,理论家们都有-个事先就假定好的既定操作目标:即所要得到结果,也就是QCD需要的夸克喷注或胶子喷注。也就是说,实验观察到的喷注与夸克、胶子之间的关系,并不是QCD得到了夸克喷注与胶子喷注具体应当怎么样以后,再通过实验来验证,而是做实验分析的理论家们按照有既定操作的目标、在数学随机模拟方法中通过数字游戏联系起来的。由此我们就又有充分理由认为;粒子实验中观察到的喷注,与QCD在表述中使用的夸克与胶子之间的联系,也是人为操作的结果,只有可能表示它们之间有某种数字特征的相似性,并不具有相互等同的内在关联。

由上述两个有充分理由的认识,我们就可以得到如下命题:标准模型在满足数学演绎需要方面与粒子内部作用的事实相符,完全是在不断的猜测和想像中由工雕琢出来的,只具有数学表述的等效意义;QCD在表述中使用的夸克和胶子,与高能实验中的喷注并不具有相互等同的内在关联。

(二)

对喷注与夸克、胶子之间的关系,上述那种在随机模拟方法中通过玩数字游戏,只能得到它们有某种数字特征的相似性,决不能证明它们是等同的。这就尤如-位画家依照模特画了-张人体画:我们只能说这张人体画与这位模特有着线条特征的相似性,但它决不可能等同于这位模特。

依照QCD的解释:在高能粒子对撞时,夸克喷注就是强子破碎裂成夸克碎片所致,而胶子喷注则是强子破碎裂成夸克片以后,由-个夸克发射的硬胶子形成的。这就必然有如下两个问题及实验事实:

1、任何有强子参与的高能粒子对撞,只要有足够的能量,就都应当有强子破碎的夸克喷注生成。但实际上,只有在正反高能对撞中才容易有喷注形成,而象轻子与核子对撞的深度非弹性散射等大量其他的高能粒子对撞实验,实际就都没有喷注。

2、既然夸克可以发射一个硬胶子形成胶子喷注,由于夸克作用是相互的,为什么不可是-对夸克都发射硬胶子形成-对胶子喷注?而且还应当是任何有强子参与的高能粒子对撞,只要有足够的能量,就都应当形成胶子喷注。但实际上认为的胶子喷注,它也只出现于正、负高能电子对的碰撞。

上述列举的否定QCD解释高能粒子对撞形成喷注的实验事实,实际上就是对QCD的这种解释的证伪。即实验已经证明:高能粒子对撞中的喷注,根本就并非由夸克与胶子构成。

(三)

在作者表述的IV模型中,构成粒子的基元Vc都有左右手性,它们来自真空基本单位V0的对称存在破缺;在正、反高能粒子对撞中,它们的左、右手性的Vc就有可能通过各自有手性的运动行为发生相互联系,从而构成类粒子集团;正、反高能粒子碰撞的未态强子喷注,就构成于这种类粒子集团的迅速衰变。对此作者在个人专著《粒子及其质量计算》第十二章第十节中做了较具体的论述,具体结论是:

1、若碰撞的正、反粒子束流强度取B1、束流粒子能量均取相对较低的合适值E1时,高能粒子碰撞形成的对称的较小类粒子集团,衰变中就较容易形成未态强子的双喷注

2、若碰撞的正、反粒子束流强度取B2、束流粒子能量均取相对较高的合适值E2时,高能粒子碰撞形成的对称的较大类粒子集团,衰变中就较容易形成未态强子的四喷注

3、对入射粒子束流强度,若一种与B1相当,另一种与B2相当,调整两束流粒子能量均取合适值E3时,高能粒子碰撞就可能形成的不对称类粒子集团,衰变中就较容易形成未态强子的三喷注

上述B1、 B2及E1、E2、E3的取值,也都可以用实验来测量。

对正、反粒子碰撞构成喷注的认识,是IV模型错误还是QCD正确,做上述实验就会有最公正的裁决;作者期待着。

完成于2010-1-25

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