参考消息网4月22日报道 西班牙《趣味》月刊网站3月26日刊登题为《这是你所不知道的质子之谜，56种形态中的一种》的文章，作者是欧亨尼奥·M.费尔南德斯·阿吉拉尔，内容编译如下：

数学理论指出夸克共有56种组合方式，但物理学排除了其中大多数：只有少数几种得以存续，而其中一种主宰着整个宇宙。

数学所能容纳的范围与自然界所接受的现实之间存在巨大差异。如果说存在6种夸克：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)，且一个重子由3个夸克组成，那么在不考虑顺序的情况下，组合数理论上可达56种。这份清单看似丰富且井然有序，但在现实中宇宙的要求要严苛得多：并非所有组合都能形成真实的粒子，也并非所有粒子都能存活足够长的时间，从而在探测器中留下痕迹。

正是在这种背景下，质子作为一种非凡的存在闪亮登场了。面对数学可能性的广阔图景，质子不仅真实存在，更占据着特权地位：它是已知最轻的带电重子，也正因如此，对它而言不存在一条既能遵守所有守恒定律，又能向更低能态衰变的简单路径。理解为何质子可以如此，但许多其他组合却不能，正是进入粒子物理领域的绝佳切入点之一。

56种形态

数字56来源于计算6个元素中任意3个的组合数。这一统计目前尚未涉及稳定性、质量、寿命或实验可能性，而仅界定了初始的数学空间。在此基础上，物理学开始进行筛选。

一个重要事实是，包含轻夸克的组合，以及大部分包含奇夸克、粲夸克或底夸克的组合，确实与已观测到的重子或夸克模型及粒子数据组的合理候选粒子相符。相反，包含顶夸克的组合甚至无法形成强子，因为在强相互作用将其“封装”进复合粒子之前，顶夸克就已经衰变了。

56种形态是如何组合的？如果我们借助一个思维模型，其出发点其实比看起来要简单。想象你有一个装有6个不同颜色的球的袋子，每个球代表一种夸克：u、d、s、c、b和t。现在你进行以下操作：取出一个球，记下它是哪种，放回袋中，搅拌后再次取出，并重复第三次。

最终你会得到诸如u-u-d、d-s-c或b-b-b这些组合。由于每次都会将球放回袋中，因此组合可能重复出现；而且不用在意抽出的顺序，因为u-d-u与u-u-d其实是相同的。

然而，56这个数字被夸大了，因为它将实际上是同一组排列的不同表现形式都算作不同的情况。例如，u-u-d出现了三次：u-u-d、u-d-u和d-u-u。在物理学中，这三者完全相同。这就像榨苹果、葡萄和菠萝混合的果汁。只要最后摇匀，无论你按什么顺序倒入果汁都无所谓。

在不借助公式的前提下，我们只需梳理各种可能的情况，也能理解这一点。

如果3个夸克相同，例如u-u-u或d-d-d，共有6种组合，每种类型各一种。

如果两个相同、一个不同，如u-u-d，首先选择重复的夸克(6种选择)，然后选择不同的夸克(5种选择)，结果为30种组合。

如果3个夸克各不相同，例如u-d-s，则组合数为20种。最终将所有情况相加就是56种。

内部规则

数学计算很明确：共有56种可能的组合。真正有趣的是，物理学并不接受所有这些组合，这也正是“可计算的”与“实际可能存在的”之间差异的起点。

一种组合能够被计算出来，并不意味着它就是可行的。要形成一个重子，必须同时满足多个条件，这些条件起到了非常严格的物理筛选作用：

首先，3个夸克必须处于量子色动力学允许的状态。

其次，其色荷必须组合成一个总体上中性的状态。

最后，该组合必须遵守与自旋及波函数整体对称性相关的量子规则。

强相互作用允许存在大量结构，但并非任何任意的组合。这时候能量因素便开始发挥作用了。复合粒子只有在找不到更有利的重组方式时，才能维持存在。因此，有些重子虽然完全真实存在，但其寿命极其短暂：它们确实形成了，但随即通过强相互作用、电磁相互作用或弱相互作用衰变至更稳定的状态。在粒子物理学中，稳定性始终取决于可用的衰变通道。

夸克的色荷与我们所见的颜色毫无关系。它是一种与强相互作用相关的量子属性，就像电荷之于电磁学一样。存在3种色荷，为方便起见，我们分别称为红、绿和蓝。

关键在于，我们观测到的粒子必须在色荷上呈中性。对于重子而言，这是通过组合三种不同颜色的夸克来实现的，最终结果是“白色”，即无色荷状态。若不符合这一条件，该粒子就无法单独存在。

物理学不仅会剔除某些组合，还会对幸存的组合进行组织。重子并非孤立存在，而是聚合为遵循深层对称性的结构。

其中最重要的便是所谓的“重子八元组”，这组由8个粒子组成的集合包含质子、中子以及其他含有奇夸克的组合。令人惊讶的是，这些粒子的发现并非偶然：它们契合一种极为精确的数学模式，该模式源于轻夸克的对称性。

这一框架甚至能够在实验观测之前就预测出粒子的存在。最著名的例子就是欧米伽b重子，其存在正是基于这一结构而被预言，随后才被探测到的。

这就彻底改变了我们的认知。自然界不仅限制了哪些组合能够存在，还将这些组合组织成了连贯的家族。我们面对的并非一堆杂乱无章的粒子目录，而是一个具有极其严格内部规则的体系。

独特位置

质子之所以脱颖而出，是因其占据了一个独特的能量位置。其u-u-u的组成使其成为已知最轻的带电重子。这带来一个决定性的结果：它无法在保持电荷和重子数不变的同时，衰变为更轻的粒子。只要没有新的物理理论以可观测的方式违反这些规则，质子就无法衰变。

这正是质子取得宇宙级成功的核心原因。质子之所以特殊，并非因为它结构简单，而是因为标准模型的定律在重子世界中为它预留了最佳席位。相比之下，中子更重一点，因此当其处于自由状态时，就会衰变为一个质子、一个电子和一个反中微子。然而，在许多原子核内部，这种衰变在能量上不再有利，中子实际上变得更稳定。

我们需要注意的是，一种尚未得到证实的状态与一种原则上已被排除的状态，两者截然不同。包含顶夸克的组合就属于后者。相反地，许多包含粲夸克和底夸克的组合则处于中间地带：理论上允许它们存在，实验技术正在追寻它们，而探测器或许最终会为它们命名。这种“暂时难以捉摸”与“物理上不可行”之间的区别，正是夸克世界留给我们的最美妙的启示之一。（编译/刘丽菲）