（理论物理专业论文）从强子强子到相对论重离子碰撞中的逐事件电荷起伏和关联.pdf

博士学位论文 d o c t o r a l d i s s e r r a t i a n 摘要 几千年来，人类一直在探索世界的本原是什么? 组成这个物质世界的最基本 的元素又是什么? 由于缺少实验和技术理论的支持，几个世纪以前对这些问题的 最初回答只停留在缺乏实验证据的纯哲学上的观点。随着近代科技水平的发展， 人们对物质结构的研究和发现不断深入。从1 9 1 1 年卢瑟福提出原子的核式模型结 构以来，对于物质的微观结构的研究深入到原子核的层次。人们进一步发现原 子核又是由核子通过强相互作用而结合在一起的。1 9 6 1 年盖尔曼等人提出了强子 ( 参与强相互作用的粒子) 是由更为基本的夸克组成。这种夸克论得到了大量间 接实验事实的证明。然而，实验上却从来没有直接观察到过自由的夸克( 夸克禁 闭) ，随后人们发现这是因为夸克除了带有普通粒子所具有的量子数( 如电荷， 自旋等) 外，还具有一种现在称之为“色的量子数。夸克一旦结合成强子，就 会成色中性( 即不带色) ，所以夸克禁闭也就是色禁闭。而把夸克禁闭在一起的 这种色规范场称作胶子，它被认为是传递夸克相互作用的媒介子建立在以夸克 和胶子层次上的量子动力学理论一量子色动力学( q c d ) 是当前研究基本粒子间 强相互作用的最基本的理论。q c d 理论中夸克具有渐近自由的性质，即夸克之间 距离很小时，它们之间的相互作用力会相应变小，夸克甚至会接近于自由状态； 然而当他们之间的距离变大时，相互作用力会迅速增大。在理论分析中，对于夸 克间的距离很小的情况，可以利用微扰q c d ( p q c d ) 来计算。然而对于距离较 大的那部分，格点q c d 理论是一个较好的候选者。 格点q c d 的计算表明，在极高温度和( 或) 重子数密度下，系统可能发生手 征对称性的恢复相变以及强子物质会解除禁闭而以夸克胶子等离子体( q g p ) 的 形式存在。在这种新的物质形态内，夸克和胶子可以在超出核子的范围内运动。 研究表明夸克胶子等离子体可能存在于宇宙大爆炸的初期( 具有极高温度) 或者 中子星( 具有极高重子数密度) 内。探寻q c d 所预言的新的物质形态q g p 的形成 以及相变的性质一直是近代高能粒子物理实验的重要目标之一。在实验室里我们 把两束具有极高能量的粒子流进行对撞，从而产生能量密度较大生存时间较长的 强相互作用物质，以希望在这种环境下产生q g p 物质。上个世纪末欧洲的s p s 以 及本世纪初美国的r h i c 上的一系列实验对此进行了大量研究。然而，在高能碰撞 中即使q g p 已形成，也不能在实验室内被直接观测到，它只是在碰撞过程中的某 个极短的瞬间存在，随着系统的膨胀核冷却，它很快就演化成为实验上观测到的 博士学位论文 d o c t o r a ld i s s e i l ：p l t l 0 n 各种末态强子，最初存在的信息也可能在演化过程中由于各种末态相互作用而变 得不清晰了。如何利用得到的末态粒子的各种信息得到确实可靠的q g p 形成的证 据是摆在物理学家面前的一个巨大挑战。 随着近代高能物理实验中粒子加速器能量的逐步提高，逐事件的关联和起伏 研究逐渐得到人们的关注。实验上碰撞后末态产生的平均多重数的显著增加为研 究单个事件的动力学起伏提供了有利的条件。逐事件的研究不同于传统的对整个 事件样本的单举平均的研究。传统的单举平均方法是对所有事件产生的所有粒子 的平均。而逐事件的研究首先要选择一个描述事件动力学特征的物理量，然后研 究它在事件空间中的起伏特征。研究表明，夸克物质相变会引起逐事件守恒荷起 伏和关联的显著变化，因此可以用来作为q g p 相变的信号。 本文主要对近几年来新提出的电荷起伏，电荷平衡函数对相空间依赖性以及 系统熵的性质进行研究。 当s j e o n ，v k o c h 和m a s a k a w a 等人提出逐事件的电荷起伏可以作为q g p 形 成的一个可能的特征信号后，引起了理论和实验学家的广泛兴趣。这个信号的 物理图像非常清晰：在强子相中，绝大多数强子携带的电荷为4 - 1 ；而在q g p 相 中，夸克和反夸克所带的电荷为4 - 1 3 或4 - 2 3 。电荷起伏与电荷的平方有关，因 此如果在碰撞过程中产生t q g p ，将会观测到电荷起伏有一个明显的压低。到目 。前为止，s p s 上的n a 4 9 和r i - i i c 上的p h e n i x ，s t a r 等实验均测量了电荷起伏。在 把当前具有不同探测器接收度的重离子实验的结果与理论预言比较之前，首先应 该仔细研究由于不同的接收度导致的快度窗口的大小的差异对电荷起伏的影响。 目前，对此只有基于各种模型的研究。而这些研究较强地依赖于不同模型对快度 窗口粒子之间关联性质的假定。因此，对能够覆盖全快度区间的不依赖于模型的 实验数据研究显得尤为重要。同时，对实验中由于重子数阻止和电荷守恒引入的 修正因子也需要做进一步的分析。由于当前的重离子实验只覆盖了部分快度空 间，因此有必要首先对具有良好动量分辨率和覆盖全快度区间的强子一强子碰撞 的n a 2 2 实验进行分析。利用n a 2 2 的数据，我们首次在实验上研究了全快度区间 的电荷起伏，发现无论是净电荷起伏还是正负( 或者负正) 电荷产额比起伏都较 强的依赖于所测量的快度窗口的大小和粒子的多重数。在对n a 2 2 的数据分别进 行与s t a r 和p h e n i x 相同的横动量和方位角的截断后，n a 2 2 给出的电荷起伏的 大小与他们的结果在定量上一致。由于s t a r 牙口p h e n i x 实验没有全面的考虑重子 数阻止和电荷守恒带来的修正因子的影响，因此他们给出的电荷起伏的结果均偏 大。从反映n a 2 2 数据的奇偶多重数分布分开这个已有的实验结果上看，净电荷起 博士学位论文 d o c t o r a l d i s s e r t a t i o n 伏这个测量量较电荷产额比起伏更好一些。 电荷平衡函数是近几年来提出的另一个人们所关注的信号。它对系统演化过 程中强子化发生的时间非常敏感。由于电荷守恒，碰撞过程中新产生的正负粒 子对在坐标空间会存在较强的关联。如果强子化发生得越早，由于系统的膨胀 和末态粒子间的再散射等相互作用，这些产生的正负粒子对会在快度空间分得 越开；然而，如果系统产生了q g p 物质，强子化过程被推迟，末态产生的正负粒 子对在快度空间就不会分得很开。因此，q g p 物质的产生会导致末态粒子在快度 空间的关联变强，即电荷平衡函数的宽度变窄。电荷平衡函数宽度的变窄已经 在r h i c s t a 踬心系能量、瓜万= 1 3 0g e v 的金一金核对撞以及s p s n a 4 9 质心能 量= 1 7 2g e v 和8 8g e v 的核一核碰撞实验中对碰撞中心度的依赖性上被观测 到。最近，在强子一强子碰撞的n a 2 2 实验中对带电多重数的依赖性上也观测到类 似的结果。在得出当前重离子实验上观测到的宽度的变窄就意味着系统的强子化 过程被推迟的结论之前，应该首先弄清电荷平衡函数的宽度随碰撞能量，系统大 小的变化，尤其是应与强子一强子碰撞的结果进行比较。然而，由于各个探测器接 收度的差异，很难对实验上测得的值进行直接的定量比较。当前的重离子实验在 接收度范围内都只覆盖了部分快度区间，因此研究电荷平衡函数的宽度对快度窗 口的大小以及位置的依赖性将对它作为标度强子化发生的时间至关重要。基于纵 向相空间的平移不变性，j e o n 和p r a t t 等人从理论上提出了一个从局域空间计算的 电荷平衡函数换算到全区间的对应关系如果当前的重离子实验的电荷平衡函数 在纵向空间满足平移不变性，就可以利用这个关系式得到全区间的值，从而能够 在不同的实验间进行定量地比较。我们利用s t a r 金- 金2 0 0 g e v 的实验数据，研究 了电荷平衡函数对赝快度，带电多重数以及横动量的依赖性。发现在s t a r 探测器 赝快度接收度范围内，电荷平衡函数的值较强的依赖于所选窗口的大小，但在固 定窗口宽度的条件下不受所处赝快度空间位置的影响。并且，基于不同的赝快度 窗口大小及位置的有限区间的值换算到全区间后都完全重合，全区间的电荷平衡 函数的宽度明显地小于强子一强子碰撞实验给出的值。全区间和有限区间的宽度都 随着带电多重数和横动量的增大而变窄，这与模型预言的推迟的强子化的结果一 致。 近来，利用m a 提出的事件偶合几率法( e v e n tc o i n c i d e n c ep r o b a b i l i t ym e t h o d ) 来计算系统的熵的方法得到了广泛的应用。在重离子碰撞实验中，它可以用来研 究寻找夸克胶子等离子体的形成。同时，在强子强子碰撞实验中，这种方法也 适合用来分析高能碰撞多粒子系统的局域特征。它还可以有效地应用于研究高 1 1 1 博士学位论文 d o c t o r a l d i s s e r t a t i o n 能q c d 喷注淬火中的b r a n c h i n g 过程。近来，b i a a s 和c z y 之等人从理论上提出熵的 研究还可以作为系统是否达到了局域热平衡的一种判据。他们指出如果系统达到 或者接近达到局域热平衡，那么在熵对系统相空间分割数的依赖性上会满足标度 性和相加性，而在对多重数的依赖性上会满足对数关系而不是线性关系。在把这 种方法应用到高能重离子碰撞实验以前，我们首先对n a 2 2 实验进行分析来验证它 的有效性以及系统的粒子关联性质。利用r 6 n y i 熵，我们发现作为局域热平衡判据 的熵的标度性和相加性均不成立，这进一步说明了n a 2 2 实验快度相空间的粒子之 间存在着较强的短程关联。在对带电多重数的依赖关系上，中心快度区间的实验 结果给出了对数关系。这都与强子一强子碰撞的n a 2 2 实验没有达到热平衡的期待一 致。 关键词：逐事件，电荷起伏，电荷平衡函数，熵，快度，赝快度，横动量，方 位角，平移不变性，偶合几率法，标度性，相加性 a b s t r a c t t h r o u g h o u th u m a nh i s t o r y , s c i e n t i f i ct h e o r i e sa n de x p e r i m e n t so fi n c r e a s i n g p o w e ra n ds o p h i s t i c a t i o nh a v ea d d r e s s e d t h e s eb a s i cq u e s t i o n s ：w h a ti st h en a t u r eo f t h eu n i v e r s ea n dw h a ti si tm a d eo f ? t h er e s u l t i n gk n o w l e d g e h a sl e dt or e v o l u t i o n a r y i n s i g h t si n t ot h en a t u r eo ft h ew o r l da r o u n du s a t o m sw e r ef o u n dt ob ed i v i s i b l ei n t on u c l e ia n de l e c t r o n s n u c l e ii nt u r nc o n s i s t o fn u c l e o n s ，b o u n dt o g e t h e rb ys t r o n gs h o r t - r a n g ef o r c e s t h eb a s i ct h e o r yo fs t r o n g i n t e r a c t i o n ，q u a n t u mc h r o m o d y n a m i c s ( q c d ) ，p r e d i c t sa l ls t r o n g l yi n t e r a c t i n ge l - e m e n t a r yp a r t i c l e s ( h a d r o n s ) a r eb o u n ds t a t e so fq u a r k so ra n t i q u a r k s h o w e v e r ， w eh a v en e v e ro b s e r v e df r e eq u a r k sd i r e c t l yu n t i ln o w t h ec u r r e n ti n t e r p r e t a t i o n i st h a tq u a r k sc a n n o te x i s ti naf r e es t a t e ，b a s i c a l l yb e c a u s et h ea t t r a c t i v ep o t e n - t i a le n e r g yb e t w e e nq u a r k si n c r e a s e sl i n e a r l yw i t hs e p a r a t i o n t 豳a p p e a r st ob e r e l a t e dt ot h ef a c tt h a tg l u o n s ，t h ei n t e r m e d i a r yp a r t i c l e sf o rt h es t r o n gf o r c e ，c a n i n t e r a c tw i t he a c ho t h e ra sw e l la sw i t hq u a r k s i tl e a d st oa s e r i e so fi n c r e a s i n g l y c o m p l e xp r o c e s s e sa sq u a r k sm o v ef a r t h e ra n df a r t h e ra p a r t t h er e s u l ti sc a l l e d q u a r kc o n f i n e m e n t ，i n d i v i d u a lq u a r k sc a l ln e v e rb eo b s e r v e do u t s i d eo ft h ec o n f i n e s o ft h eo b s e r v a b l ep a r t i c l e sw h i c hc o n t a i nt h e m q c dp r e d i c t st h a ta th i 【g ht e m p e r a t u r ea n d ( o r ) h i g he n e r g yd e n s i t y , h a d r o n i c m a t t e rw i l lt u r ni n t oan e ws t a t eo fm a t t e r ，d e c o n f m e dq u a r k - g l u o np l a s m a ( q g p ) i nl a b o r a t o r y , b yc o l l i d i n gt w oh i g he n e r g yp a r t i c l eb e a m sw i t he a c ho t h e r ，al a r g e v o l u m e so fm a t t e rw i t hh i g ht e m p e r a t u r ea n dh i g he n e r g yd e n s i t yw o u l db ec r e a t e d q g pm i g h te x i s ti ns u c he n v i r o n m e n t s t h es t u d yo nf l u c t u a t i o n si sa ne s s e n t i a lm e t h o dt oc h a r a c t e r i z eap h y s i c ss y s - t e r n w i t ht h ea d v e n to fc u r r e n th i g he n e r g yc o l l i s i o n st h e r ei st h ep o s s i b i l i t yt oe x - t r a c ts t a t i s t i c a l l ys i g n i f i c a n td y n a m i c a li n f o r m a t i o nf r o mi n d i v i d u a lc o l l i s i o ne v e n t s t h em o s te f f i c i e n tw a yt oa d d r e s sf l u c t u a t i o n so fas y s t e mi sv i at h es t u d yo fe v e n t - b y - e v e n tf l u c t u a t i o n s ，w h e r eag i v e no b s e r v a b l ei s m e a s u r e do na ne v e n t b y - e v e n t b a s i sa n dt h ef l u c t u a t i o n sa r es t u d i e do v e rt h ee n s e m b l eo ft h ee v e n t s i nm o s tc a s e s t h i sa n a l y s i si se q u i v a l e n tt ot h em e a s u r e m e n to ft w op a r t i c l ec o r r e l a t i o n s ，w h i c h i nt u r nd e t e r m i n et h er e s p o n s eo ft h es y s t e mt oe x t e r n a lp e r t u r b a t i o n s e v e n t - b y - v e v e n tf l u c t u a t i o n sa r ec l o s e l yr e l a t e dt op a r t i c l ec o r r e l a t i o n s m o r e o v e r ，i ti sb e l i e v e d t h a tt h ef l u c t u a t i o n sc a nb ee n h a n c e ds i g n i f i c a n t l yi nc a s eo fd r o p l e tf o r m a t i o na s c o m p a r e dt ot h a tf r o ma no r d i n a r yh a d r o n i cs c e n a r i o ac o m b i n e da n a l y s i so f , e g ， p o s i t i v e ，n e g a t i v e ，t o t a la n dn e tc h a r g e ，a l l o w so n e t oe x t r a c tt h ev a r i o u sf l u c t u a t i o n s a n dc o r r e l a t i o n su n i q u e l y l i k e w i s ean u m b e ro fo t h e ro b s e r v a b l e sa sc h a r g e da n d n e u t r a lp i o n s ，k a o n s ，p h o t o n s ，j 矽，e t c ，a n dt h e i rr a t i o sc a ns h o wa n o m a l o u sc o r r & - l a t i o n sa n de n h a n c e m e n to rs u p p r e s s i o no ff l u c t u a t i o n s t h i sc l e a r l yd e m o n s t r a t e s t h ei m p o r t a n c eo fe v e n t b y - e v e n tf l u c t u a t i o n sa c c o m p a n y i n gp h a s et r a n s i t i o n s ，a n d i l l u s t r a t e sh o wm o n i t o r i n gs u c hf l u c t u a t i o n sb e c o m e sap r o m i s i n gs i g n a lf o rt h eo n s e t o fat r a n s i t i o n i nt h i st h e s i s ，w ef o c u so nt h ep h a s es p a c ed e p e n d e n c eo ft h ee v e n t - 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d e n c eo ft h ec h a r g eb a l a n c ef u n c t i o n sa r es t u d i e di na u + a u c o l l i s i o n sa t = 2 0 0 g e vu s i n gs t a rd e t e c t o r 、i t h i nt h ec o v e r e dp s e u d o r a p i d i t yr e g i o n ，t h eb a l a n c e f u n c t i o ns h o w sac l e a rd e p e n d e n c eo nt h es i z eo fp s e u d o r a p i d i t yw i n d o w ，b u ti si n - d e p e n d e n to ft h ep o s i t i o n so ft h es a m es i z ew i n d o w s i ti sf o u n dt h a t ，t h eb a l a n c e f u n c t i o no ft h ew h o l ep s e u d o r a p i d i t yr e g i o nc a nb eu n i q u e l yd e t e r m i n e df r o mt h o s e m e a s u r e di nt h ev a r i o u ss i z eo fp s e u d o r a p i d i t yw i n d o w s ，a n di ss i g n i f i c a n t l yn a r - r o w e rt h a nt h o s eo b s e r v e df r o mh a d r o n - h a d r o nc o l l i s i o n s t h eb f si nb o t hw h o l e a n df i n i t ep s e u d o r a p i d i t yr e g i o n ss h o ws i m i l a rn a r r o w i n gw i t hi n c r e a s i n gc h a r g e d m u l t i p l i c i t y , b u tt h es l o p eo ft h ef o r m e ri ss t e e p e rt h a nt h a to ft h el a t e r f u r t h e r - m o r e ，i ti sf o u n dt h a tt h ed i s t r i b u t i o no fb ff o rt h eh i g h e rt r a n s v e r s em o m e n t u m p a r t i c l e si sn a r r o w e rt h a nt h a to ft h e1 嗍衄隗 f i n 龇t h ee n t r o p yp r o p e r t i e si sa n a l y z e db ym a sc o i n c i d e n c ep r o b a b i n t y m e t h o d0 nt h en a 2 2d a t a b yu s i n gt h el 强n y ie n t r o p i e s ，w et e s tt h es c a l i n gl a w a n da d 拙i v i 锣p r o p e r t i e si nr a p i d i t ys p a c e t h e b e h a v i o ro ft h el 脆n y ie n t r o p l e 8 蠲a f u n c t i o no ft h ea v e r a g en u m b e ro fp a r t i c l e si si n v e s t i g a t e d t h e r e s u l t sa r ec 0 m p 缸e d 诵t ht h o s ef r o mt h ep h i am o n t ec a r l oe v e n tg e n e r a t o r 。 k e y w o r d s ：e v e n t - b y - e v e n t ，c h a r g ef l u c t u a t i o n s ，c h a r g eb a l a n c e f u n c t i o 璐，e m t r o p 弧r a p i 蛐，p s e u d o r a p i d i t y ，t r a n s v e r s em o m e n t u m ，a z i m u t h a l a n g l e ，b 0 0 s ti n ：v a 搀 a l i c e ，c o i n c i d e n c ep r o b a b i l i t ym e t h o d ，s c a l i n g ，a d d i t i v i t y 博士学位论文 d o c t o r a ld i s s e r t a t i o n 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 否治阑 日期：2 秒d 6 年华月加日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名： 巷殆明 日期：功0 6 年舡月加日 导师糨紧殇导师签名：认务乃 日期：多。呓卑平a 夕1 日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程 ，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库 中全文发布，并可按“章程 中的 规定享受相关权益。圃童途塞量銮蜃进厦；旦坐生；畦生；旦三生筮查! 储签名：奄冶成 日期：伽d6 年牛月劢日 奠 房历。咱 、冬，够 紧倬 名夕 签 ： 师期 宁日 c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n e v e rs i n c et h ea d v e n to fh u m a n i t y t h a ta l w a y sr a i s e dc u r i o s i t ya m o n gm e n ： i ti sc o n s t r u c t e d ? o ne a r t h ，t h e r ei saf u n d a m e n t a lq u e s t i o n w h a ti st h eu n i v e r s em a d eu po fa n dh o w i na n c i e n tt i m e s ，p e o p l eu s e dt ob e l i e v et h a te v e r y t h i n gi nt h i sw o r l dw a sm a d e u po ff i v ee l e m e n t s e a r t h ，w a t e r ，a i r ，f i r ea n ds p a c e t h e ns c i e n t i f i ca d v a n c e m e n t b e g a na n da sm o r ea n dm o r ed i s c o v e r i e sc a m ei n t ol i g h t ，i tw a sf o u n dt h a tt h ew h o l e u n i v e r s ew a sm a d eu po f1 0 8e l e m e n t s b yt h em i d1 9 3 0 s ，t h eu n d e r s t a n d i n go ft h ef u n d a m e n t a ls t r u c t u r eo fm a t t e r s e e m e d “a l m o s tc o m p l e t e d e c a d e 8b e f o r e ，r u t h e r f o r dh a ds h o w n1 1 lt h a ta t o m s h a v er e l a t i v e l yt i n yb u tm a s s i v en u c l e i t h eq u a n t u mt h e o r yh a dm a d es e n s eo f a t o m i cs p e c t r aa n de l e c t r o no r b i t a l s t h ed i s c o v e r yo ft h en e u t r o nh a de x p l a i n e d n u c l e a ri s o t o p e s s op r o t o n s ，n e u t r o n s ，a n de l e c t r o n sp r o v i d e dt h eb u i l d i n gb l o c k so f a l lm a t t e r s o m ep u z z l e sr e m a i n e d jh o w e v e r ：贶8 舌h o l d st h ep r o t o n sa n dn e u t r o n s t o g e t h e rt of o r mt h en u c l e u s ? w h a ta r et h ef o r c e si n v o l v e di nt h e r a d i o a c t i v ed e c a y s o fn u c l e it h a tm a k ea l p h a ，b e t a ，a n dg a m m ar a y s ? t os t u d yt h en u c l e u sa n dt h ei n t e r a c t i o n so fn e u t r o n sa n dp r o t o n st h a tf o r mi t ， p h y s i c i s t sn e e d e da t o o lt h a tc o u l dp r o b ew i t h i nt h et i n yn u c l e u s ，a se a r l i e rs c a t t e r i n g e x p e r i m e n t sh a dp r o b e dw i t h i nt h ea t o m t h ea c c e l e r a t o ri s at o o lt h a ta l l o w s p h y s i c i s t st or e s o l v ev e r ys m a l ls t r u c t u r e sb yp r o d u c i n gp a r t i c l e sw i t hv e r yh i g h m o m e n t u ma n dt h u ss h o r tw a v e l e n g t h t ot h es u r p r i s eo ft h ep h y s i c i s t s ，a c c e l e r a t o r e x p e r i m e n t sr e v e a l e dt h a tt h ew o r l do fp a r t i c l e sw a sv e r yr i c h ；m a n ym o r ep a r t i c l e t y p e ss i m i l a rt op r o t o n sa n dn e u t r o n s ( c a l l e db a r y o n s ) ，a n da w h o l en e wf a m i l yo f p a r t i c l e sc a l l e dm e s o n s ，w e r ed i s c o v e r e d b yt h ee a r l y1 9 6 0 sah u n d r e do rs ot y p e s 博士学位论文 d o c t o r a ld i s s e l n a t l o l n o fp a r t i c l e sh a db e e ni d e n t i f i e d ，a n dp h y s i c i s t ss t i l lh a dn oc o m p l e t eu n d e r s t a n d i n g o ft h ef u n d a m e n t a lf o r c e s i n1 9 6 4 ，t w op h y s i c i s t s ，m u r r a yg e l l - m a n na n d g e o r g ez w e i g 【2 ，3 】，i n d e p e n - d e n t l yh i tu p o nt h ei d e at h a tn e u t r o n sa n dp r o t o n sa n da l lt h o s en e wp a r t i c l e sc o u l d b ee x p l a i n e db yaf e wt y p e so fy e ts m a l l e ro b j e c t s ；g e l l - m a n nc a l l e dt h e mq u a r k s 【4 】 ( p a r t o n si nf e y n m a n sm o d e l 【5 】) t h e yc o u l de x p l a i na l lt h eo b s e r v e db a r y o n sa n d m e s o n sw i t hj u s tt h r e et y p e so rf l a v o r so fq u a r k s ( n o wc a l l e du p ，d o w n ，a n ds t r a n g e ) a n dt h e i ra n t i q u a r k s t h er e v o l u t i o n a r yp a r to ft h e i ri d e aw a st h a tt h e yh a dt o a s s i g nt h eq u a r k se l e c t r i cc h a r g e so f2 3o r 一1 3i nu n i t so ft h ep r o t o nc h a r g e a n t i - q u a r k sa r et h ea n t i m a t t e rp a r t n e r so fq u a r k s ；t h e yh a v et h es a m em a s s e sa s ，b u tt h e o p p o s i t ec h a r g ef r o m ，t h ec o r r e s p o n d i n gq u a r k s w h e naq u a r km e e t sa na n t i q u a r k ， t h e ym a ya n n i h i l a t e ，d i s a p p e a r i n gt og i v es o m eo t h e rf o r mo fe n e r g y n e a r l yt h i r t yy e a r sl a t e r ，t h eq u a r ki d e ah a sb e e nc o n f i r m e d i n1 9 6 9 ，d u r i n g t h ee x p e r i m e n tp r o b i n gt h ei n t e r n a ls t r u c t u r eo fn u c l e o n sv i ad e e pi n e l a s t i ce l e c t r o n s c a t t e r i n gi ns t a n f o r dl i n e a ra c c e l e r a t o rc e n t e r ，p e o p l eg o tt h ef i r s te v i d e n c ef o rt h e e x i s t e n c eo fq u a r k s i ti sn o w p a r to ft h es t a n d a r dm o d e lo ff u n d a m e n t a lp a r t i c l e s a n di n t e r a c t i o n s n e