假设有一种粒子只参与强相互作用，我们该如何探测它？ 第1页

这里我们只考虑基本粒子。（注：本文不考虑引力，否则问题不成立）

在当前人们的认识中，确实存在一种只参与强相互作用的基本粒子，胶子

还是先从粒子物理标准模型开始说起：

电子、中微子、中子、W、Z玻色子、希格斯粒子不参与强相互作用；

夸克参与强相互作用，但是同时也参与电磁和弱相互作用；

而只有胶子只参与强相互作用。胶子参与强相互作用的方式两种：

1. 直接与夸克相互作用；
2. 胶子之间相互作用（这一点与光子非常不同）。

需要注意的是，强相互作用存在“禁闭”现象，也就是不存在独立的夸克和胶子，在实验中能直接探测到的只能是由夸克和胶子构成的粒子，比如质子和中子。

所以我们并不能在实验中直接找到并观察胶子。实际上，胶子是由丁肇中领导的小组通过观察喷柱（jet）现象而发现的：

1978年11月，丁肇中小组在汉堡马克-捷实验中，利用当时世界上能量最高的加速器使正负电子加速对撞，寻找新的粒子。1979年9月3日，《物理评论快报》刊登了丁肇中小组发现胶子的文章。这一实验结果得到了国际高能物理学界的高度评价。

那么什么是喷柱呢？

高能正负电子对撞时，有很大的概率会发生湮灭，变成光子，光子再生成一对正反夸克，但是由于禁闭，最终夸克并不会直接被探测到，而是会发生强子化，变成一堆强子沿着最初夸克的方向喷射出来，在实验中就能看到有两个相反的反向上出现了一群粒子：

但是这个过程还有另一种可能，那就是末态的夸克能量比较大， 在自己发生强子化之前，释放出了一个胶子，这个胶子最终也会强子化，变成一堆强子喷射出去，最终实验上看到的就是三个喷柱：

上图^[1]就是实验中看到的末态粒子，能够清楚地看到喷柱，也就是几个运动方向很近的粒子。

胶球

由于胶子存在自相互作用，因此一坨胶子也可以抱团形成胶球（gluon ball）。但是胶球一直是理论中假设的粒子，到目前为止还没有被实验所证实。

实验中探测胶球的办法和其它粒子一样，就是通过粒子对撞，比如质子质子对撞或者正负电子对撞，来产生。当然，这种粒子会瞬间衰变，最终不会直接达到探测器，最终进入探测器的都是一些不容易衰变的粒子。通过收集这些粒子末态的能动量，根据能动量守恒等，就有可能找到中间产生的粒子，这个就跟其它强子的探测方式一样了。

当然，目前实验中已经发现了一些还没有被确定的态，有人认为其中就有可能是胶球，但是还需要进一步的研究。

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参考

1. ^ https://www.desy.de/news/backgrounders/40_years_of_gluon/index_eng.html