我們現在知道，質子和中子都是由夸克組成的。可是夸克長什么樣呢？

發明夸克模型的蓋爾曼說，夸克分為三種，分別是上夸克、下夸克和奇異夸克，再加上他們的反夸克，所以夸克一共有6個。所有的強子都是由夸克或者反夸克組成的，因此強子不是基本粒子。強子又可以分為介子和重子。此時介子和重子的定義也不是用質量來劃分了，介子是由一個正夸克和一個反夸克組成的，只要滿足這點就是介子，所以個別的介子質量也可以大于重子。而重子是由三個夸克組成的，比如說質子是由兩個上夸克和一個下夸克組成的，中子是由一個上夸克和兩個下夸克組成的。所有夸克的自旋都是1/2，那介子是正反夸克組成的，自旋就得是整數，因此介子是玻色子。重子是三個夸克組成的，自旋肯定就是分數，所以重子都是費米子。實際上到現在夸克已經發現了6種了，還有一些奇異強子由四個夸克、五個夸克組成。總之這些都比較抽象，能不能具體點，在實驗種發現夸克，從而驗證蓋爾曼夸克模型的正確性呢？

1967年SLAC國家加速器實驗室做了一些列實驗，這個實驗室很有名，原名叫斯坦福直線加速器中心，1962年建造，占地426公頃，遠處看就像是一個3千米多長的大炮一樣，用這么長的軌道來加速粒子，當時最高能夠達到22GeV能量。做的實驗是什么呢？就是把電子加速，然后讓它去撞擊質子，看看他們的非彈性碰撞。實驗中的質子其實用的就是液態氫。結果是啥呢？通常印象當中電子應該是軟的，質子應該是硬的，對吧？結果通過散射數據物理學家發現，在如此高的能量之下電子更像是一個硬核，質子反而感覺軟綿綿的。質子里面就像存在一些微小的帶電體一樣，無論物理學家怎么提高電子的能量質子就是不碎，但是質子絕對不是一個實心球體，里面有別的東西。

你可能要說，這不就是夸克嘛，這不就證明了蓋爾曼的理論是正確的嗎？還沒有，至此，人們對夸克模型還是半信半疑，你別看蓋爾曼在1969年就獲得了諾貝爾物理學獎，但那主要是因為他的SU（3）對稱理論也就是八重道，對于粒子的分類和預言了Ω-粒子的貢獻。比如說知名物理學家費曼就表示不相信，他在1968年為了解釋剛才說的實驗現象，也提出了一種新模型叫做parton模型，他說質子里面是由一種叫做部分子云的東西組成的，這東西就像電子云一樣沒有固定形狀。這是一種場的思想，費曼把量子電動力學結合進來了，其實正是在費曼的帶領之下，理論物理學家才把場論的方法運用到強相互作用當中，也導致了后面出現的量子色動力學QCD。后來干脆物理學家各取所需，把部分子模型和夸克模型結合到了一起，形成了一種叫做夸克-部分子模型的方法。再后來到了1971年CERN就是歐洲核子研究中心建造了一臺質子-質子對撞機，全名叫交叉碰撞儲存環簡稱ISR。CERN很有名了，現在世界上最大的粒子物理實驗室，坐落在日內瓦，CERN同時也是萬維網就是www網的發源地，第一個網頁瀏覽器就是在1991年誕生在CERN的。同時CERN還擁有世界上最大的強子對撞機LHC。

1971年物理學家通過ISR進行質子對撞還是不能夠把質子撞開，夸克就躲在里面不出來，這是咋回事呢？所以當時人們就給這種現象從理論角度起了個名叫做夸克禁閉。就是說夸克在理論上就是不能夠從質子中被撞出來的，你要分離夸克，它們距離越遠，所需要的能量就越高，直到無窮大。這無疑是雪上加霜，本來夸克理論人們就不怎么相信，想要通過實驗驗證，卻又偏偏遇到一個夸克禁閉。這就不禁讓人們懷疑夸克的真實性。

夸克真的存在么？它在理論上確實可以解決一些問題，但是不是僅僅存在于理論上呢？這就像是實在論，如果一個東西我看不見，那它存于不存在還有意義嗎？但如果夸克真實存在的話，夸克禁閉背后的原因又是啥呢？974年華裔美國物理學家丁肇中站了出來，正是他的貢獻讓夸克理論獲得了一線生機。

作者：媽咪說科普創作者

審核：羅會仟中國科學院物理研究所副研究員

文章由科普中國-創作培育計劃出品，轉載請注明來源。

來源: 星空計劃

內容資源由項目單位提供