1974年丁肇中和里克特發現了J/ψ粒子，1977年萊德曼發現了Y粒子，至此粲夸克和底夸克也被人們在實驗中證實了。這使得夸克模型逐漸深入人心，200多種粒子通過不同的夸克就可以進行分類了，唯獨可惜的是夸克由于夸克禁閉的原因，至今為止還沒有現身。

夸克為什么會被關禁閉呢？之前咱們介紹過，最早人們發現夸克禁閉是在SLAC做的一系列實驗當中得出的結論，當時人們使用了接近20GeV能量的電子去轟擊質子，結果發現質子當中確實好像存在一些微小的帶電體，懷疑是夸克。后來隨著設備能量的提升，從幾十G到幾百G，到現在已經幾百T了，即便這么高的能量，然后再使用質子對撞的方法也不能把夸克撞出來。所以人們才被迫給出了夸克禁閉的說法。再后來量子色動力學QCD的出現夸克禁閉有了另外一種描述。實際上早在1965年也就是蓋爾曼提出夸克模型的第二年，量子色動力學QCD就出現了，量子色動力學理論認為每一種夸克都具有獨特的味，也就是有6種味道的夸克，然后每一味夸克又可以具有三種顏色紅、綠、藍，反夸克具有反顏色，這個屬性叫做色荷。但是顯然這個味道和顏色并不是我們理解的味道和顏色，它單純表示了兩種新的量子數。QCD也是一種場論，所以同樣需要有一種粒子來傳遞相互作用，也就是夸克與夸克之間的強力由誰來傳遞呢？這個粒子叫做膠子，膠子一共有8種，就是根據色荷來區分的。至此我們終于知道強子的內部構成了，由夸克和膠子組成的。夸克為啥看不見呢？現在也可以換一種說法了，因為組成強子的每一種夸克必須顏色不同，也就是紅綠藍各有一種，因此三種顏色疊加就變成了白色，我們看到粒子都是白色的，除了白色，其他顏色的粒子是看不見的，這也被稱作色禁閉。

但你可能會覺得，色禁閉這種說法也是換湯不換藥，不是本質原因，因為就連夸克的顏色屬性都是人為規定的，那色禁閉可信嗎？直到1973年有三個人在解決其他問題的時候貌似給出了夸克禁閉的另一種解釋。

當時的量子場論出了點小狀況，有一部分人懷疑量子場論不靠譜，理由很簡單，就是當兩個粒子無限接近的時候會出現作用力的無窮大。在物理學史上這個無窮大太可怕了，惹了很多麻煩。舉個例子，比如說引力，兩個物體的萬有引力是和距離的平方成反比的，說白了就是距離越近引力就越大。那你就會發現當這個距離趨近于0的時候，引力就會是無窮大。好在宏觀中不存在這個現象，因為我們做不到無限接近，但是粒子就不一樣了，有些粒子甚至沒有大小的概念。所以當時物理學家朗道就懷疑，QCD很可能會出現這個作用力無窮大的現象，他還給起了個名叫做“朗道奇點”。于是當時有兩個人就以“朗道奇點”為出發點，想要去證明QCD有問題。這二位是一對師生，老師叫做格羅斯，學生叫做維爾切克。QCD的理論基礎是楊-米爾斯規范場，所以他倆就開始研究楊-米爾斯規范場，試圖證明它是錯誤的。結果，通過數學一頓推導，發現在數學中，楊-米爾斯規范場中的兩個粒子無限接近的時候，他們的作用力并不是無窮大的，恰恰相反，而是趨于無窮小的。在一定范圍內，越接近力越弱。當時人們就給這個現象起了個名叫做漸進自由。也就是在一定范圍內粒子越接近它們就越自由，相反離的越遠，作用力反而更大了。于是他倆就發表了一篇論文，幾乎與此同時另外一個人叫做波利策，他也得到了相同的答案，也發表了一篇論文。這回好了，不但沒有證明QCD理論有問題，反而讓QCD名聲大噪，因為漸進自由理論一出現，朗道奇點自然就不會出現了，而且人們還發現，漸進自由貌似還可以解釋夸克禁閉，就是夸克為啥不能單獨出現呢？因為越想把夸克分開，強力就會越大。三個人更沒想到，隨著越來越多漸進自由的現象在實驗中被發現，時過31年，也就是到了2004年他們還獲得了諾貝爾物理學獎。

那漸進自由會是夸克禁閉的本質原因嗎？到了后來弦理論也試圖給出夸克禁閉的原因，弦理論認為夸克之間是由一條弦相連接的，當我們試圖把這個弦剪斷的時候，就會在斷開處迅速出現一對正反夸克對，這樣這條弦就又有了新的端點，構成新粒子了。不過弦理論本身還沒有證實呢，這種解釋自然也不太經得住考驗。目前人們發現夸克禁閉很有可能是由于真空的性質造成的，但是不是真相現在也未可知。

至此，粒子物理學標準模型當中的61個基本粒子就已經發現了60個了。咱們來算一算，首先夸克6種，上下奇粲底頂，不過這只是6種味道，還有色荷呢。顏色有三種，3x6=18 然后再加上相應的反粒子，所以夸克一共是36個。然后輕子6種，電子、μ子、τ子以及電中微子、μ中微子、τ中微子，再加上他們的反粒子，輕子一共是12個。夸克加上輕子就是構成物質的粒子，總共是36+12=48個。除此之外還有傳遞相互作用力的規范玻色子，其中有傳遞強力的膠子8種，傳遞電磁力的光子1種，傳遞弱力的W±和Z0三種，一共是12種，48+12剛好60種。那為啥說現在的標準模型有61種基本粒子呢？會是引力子嗎？不是，引力不在標準模型范圍內，所以引力子不算，而且引力子也沒被證實呢。最后一個粒子就是號稱上帝粒子的希格斯玻色子，嚴格來說，標準模型要想成立，希格斯玻色子必須存在，所以人們在建立標準模型的時候就直接把希格斯玻色子放進來了，但是這個上帝粒子又是什么呢？能不能找到呢？

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

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