胶子与胶球为什么如此重要

近日，北京正负电子对撞机获得重大成果。其实验装置北京谱仪Ⅲ合作组首次测得X(2370)粒子的量子态性质，其质量、产生和衰变性质都与人们长久以来寻找的胶球特性一致。

粒子物理学充满了各种矛盾的东西，其中一些称为胶子的粒子表现得尤其奇怪。根据定义，胶子是所谓强相互作用的量子载体，它结合质子和中子内部的夸克。也许在这一点上，我们需要谈谈现代量子物理学如何构想基本粒子的相互作用。

在量子场论中，任何粒子的相互作用都被描述为这些粒子与其他粒子交换的结果。例如考虑两个粒子之间的电磁相互作用，具有相同电荷的电子相互排斥，量子场理论将这种排斥解释为电子交换光子的结果。

这种现象可以用经典力学中的一个简单类比，想象两个人静止漂浮在空间中并来回传一个球。当第一个人扔出球时，根据动量守恒定律他要向后移动。当第二个人接住球时，他吸收传递给他的动量也会开始向后移动。当第二个人继续扔球时，上述分析的情况继续发生。随着一次次的扔球接球，如果我们从不可见球的远处观察，就会觉得两个人好像受到某种排斥力一样，尽管实际上他们只是来回传递球。

电子之间的斥力以非常相似的方式工作，只是他们传递的是光子而不是球。不过，这样的类比我们很难想象，光子的交换是如何导致带相反电荷的粒子之间的吸引力。因此，量子物理学中的类比应该谨慎对待。

回到量子场论，负责介导相互作用的粒子被称为规范玻色子。涉及夸克的强相互作用的载体是胶子。夸克是已知的最小的物质组成部分，正是由于夸克之间的这种相互作用驱动的吸引力，才能形成质子和中子。

介导电磁相互作用的光子本身并不参与这种相互作用，因为光子的电荷为零。但是对于胶子来说，情况要复杂一些，它们参与夸克和夸克之间的强相互作用，并且这种相互作用正是通过其他胶子的交换而发生的。这里的情况是非常诡异的，当一个夸克向另一个夸克发射一个胶子时，该胶子立即与每个夸克相互作用并产生额外的胶子，而这些胶子还会与两个夸克、初始胶子彼此相互作用，从而产生新的胶子。就这样，胶子反过来会产生更多的胶子，胶子数量呈现爆炸性增长。