夸克模型

1964年蓋爾曼提出了夸克模型，認為介子是由夸克和反夸克所組成，重子是由三個夸克組成。他因此獲1969年物理獎。1990年弗里德曼、肯德爾和泰勒因在粒子物理學夸克模型發展中的先驅性工作而獲物理獎。1965年，費曼、施溫格、朝永振一郎因在量子電動力學重整化和計算方法的貢獻，對基本粒子物理學產生深遠影響而獲物理獎。溫伯格和薩拉姆等以夸克模型為基礎，完成了描述電磁相互作用和弱相互作用的弱電統一理論。他們因此而獲1979年物理獎。

三色夸克圖

1964年，美國科學家蓋爾曼（見右上圖）提出了關於強子結構的夸克模型。強子是粒子分類系統的一個概念，質子、中子都屬於強子這一類。“夸克”一詞原指一種德國乳酪或海鷗的叫聲。蓋爾曼當初提出這個模型時，並不企求能被物理學家承認，因而 它就用了這個幽默的詞。夸克也是一種費米子，即有自鏇1/2。因為質子、中子的自鏇為1/2，那么三個夸克，如果兩個自鏇向上，一個自鏇向下，就可以組成自鏇為1/2的質子、中子。J/ψ粒子由丁肇中等人於1974年發現，它實際上是由粲夸克和反粲夸克組成的夸克對。凡是由三個夸克組成的粒子稱為重子， 重子和介子統稱強子，因為它們都參與強相互作用，故有此名。原子核中質子間的電斥力十分強，可是原子核照樣能夠穩定存在，就是由於強相互作用力（核力）將核子們束縛住的。由夸克模型，夸克是帶分數電荷的，每個夸克帶+2/3e或-1/3e電荷（e為質子電荷單位）。現代粒子物理學認為，夸克共有6種，分別稱為上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、頂夸克、底夸克，它們組成了所有的強子，如一個質子由兩個上夸克和一個下夸克組成，一個中子由兩個下夸克和一個上夸克組成，則上夸克帶 +2/3e電荷，下夸克帶-1/3e電荷。上、下夸克的質量略微不同。中子的質量比質子的質量略大一點點，過去認為可能是由於中子、質子的帶電量不同造成的，現

夸克來源圖

在看來，這應歸於下夸克質量比上夸克質量略大一點點。
質子和中子的組成：一個質子由兩個上夸克和一個下夸克組成，一個中子由兩個下夸克和一個上夸克組成
雖然夸克模型當時取得了許多成功，但也遇到了一些麻煩， 如重子的夸克結構理論認為，象Ω-和Δ++這樣的重子可以由三個相同夸克組成，且都處於基態，自鏇方向相同，這種在同一能級上存在有三個全同粒子的現象是違反泡利不相容原理的。泡利不 相容原理說的是兩個費米子是不能處於相同的狀態中的。夸克的自鏇為半整數，是費米子，當然是不能違反泡利原理的。但物理 學家自有辦法，你不是說三個夸克全同嗎？那我給它們來個編號 或著上“顏色”（紅、黃、藍），那三個夸克不就不全同了，從而不再違反泡利原理了。的確，在1964年，格林伯格引入了夸克 的這一種自由度——“顏色”的概念。當然這裡的“顏色”並不 是視覺感受到的顏色，它是一種新引入的自由度的代名詞，與

三代六味夸克圖

電子帶電荷相類似，夸克帶顏色荷。這樣一來，每味夸克就有三種顏色，夸克的種類一下子由原來的6種擴展到18種，再加上它們的反粒子，那么自然界一共有36種夸克，它們和輕子（如電子、μ子、τ子及其相應的中微子）、 規範粒子（如光子、三個傳遞控制夸克輕子衰變的弱相互作用的中間玻色子、八個傳遞強（色）相互作用的膠子）一起組成了大千世界。夸克具有顏色自由度的 理論得到了不少實驗的支持，在70年代發展成為強相互作用的重要理論——量子色動力學。

夸克組成之強子-結構圖

三代輕子圖

夸克-周期表