通过实验首次证明夸克的存在（夸克被视为基本粒子）

通过实验首次证明夸克的存在（夸克被视为基本粒子）夸克与它们组成的质子相比具有分数电荷。按照质量分类，夸克可分为六种类型，夸克粒子也有一种叫做颜色的性质，这是一种描述强作用力如何将它们结合在一起的方式。颜色是由胶子携带的，胶子是将夸克结合在一起的强大力量的信使。（它们类似于光子。）相反，通过使用巨大的粒子加速器，科学家们通过加速电子的速度，并利用它们来探测原子核内部结构。如果它们深入到原子核足够深的内部，电子就会把夸克轰击出来，用非常精密的探测器可以探测到夸克克。“我们重现靶中的质子和中子是由什么组成的。”韦斯特说：“看到这些小点物质，我们称之为夸克。”在1964年，加州理工大学理论物理学家墨里·盖尔曼首次提出有夸克存在，他是发展粒子物理标准模型的关键人物之一。1969年诺贝尔物理学奖获得者盖尔曼发现，解释质子和中子的性质要求它们由更小的粒子组成。与此同时，加州理工学院的另一位物理学家乔治·兹韦格也独立提出了这个想法。在1967年～197

质子和中子是构成原子核的粒子，这些粒子非常小。但这些亚原子粒子本身是由一些更小的粒子组成的，这些粒子叫做夸克。

• 图：夸克是所有物质的基本成分，但似乎没有任何结构，似乎不可分割。

“好吧，我认为最简单的表述方式是夸克是物质的基本组成部分，是我们周围所有物质的基本组成部分，”杰弗里韦斯特解释说，他是一位理论物理学家，是洛斯阿拉莫斯国家实验室高能物理小组创始人，现在是圣达菲研究所的沙南杰出教授。（他还是2017年畅销书《尺度》（scale）的作者。）

正如墨尔本大学粒子物理学家Takaski Kubota在谈话中解释的那样，夸克和电子和其他轻子一样，似乎没有任何结构，似乎不可分割。

夸克是如此之小，以至于要描述它们的大小都很困难。伦敦大学物理学院教授乔恩·巴特沃斯解释说，质子大约是夸克半径的2000倍，而质子的半径又是沙粒的2.4万亿分之一。

1964首次提出夸克的存在性

在1964年，加州理工大学理论物理学家墨里·盖尔曼首次提出有夸克存在，他是发展粒子物理标准模型的关键人物之一。1969年诺贝尔物理学奖获得者盖尔曼发现，解释质子和中子的性质要求它们由更小的粒子组成。与此同时，加州理工学院的另一位物理学家乔治·兹韦格也独立提出了这个想法。

在1967年～1973年期间，科学家在斯坦福线性加速器中心通过实验证实了夸克的存在。

正如韦斯特所解释的，夸克的一个奇怪之处是，它们可以被观察到，但不能被孤立存在。”“它们像是电子，但有一个微妙的区别，”他说，“电子是基本粒子，我们可以观察并隔离电子。对于夸克，你不能把单个夸克从原子核中取出来，放在桌子上进行检查。单独的夸克是无法被直接或间接地观察到。”

相反，通过使用巨大的粒子加速器，科学家们通过加速电子的速度，并利用它们来探测原子核内部结构。如果它们深入到原子核足够深的内部，电子就会把夸克轰击出来，用非常精密的探测器可以探测到夸克克。“我们重现靶中的质子和中子是由什么组成的。”韦斯特说：“看到这些小点物质，我们称之为夸克。”

​夸克有六种类型

夸克与它们组成的质子相比具有分数电荷。按照质量分类，夸克可分为六种类型，夸克粒子也有一种叫做颜色的性质，这是一种描述强作用力如何将它们结合在一起的方式。颜色是由胶子携带的，胶子是将夸克结合在一起的强大力量的信使。（它们类似于光子。）

堪萨斯大学的一个物理学家小组使用一个安装在大型强子对撞机上的装置，来研究夸克和胶子之间的强相互作用，大型强子对撞机是一个位于法国和瑞士之间27公里隧道中的巨大粒子加速器。

强子对撞机

"我们的想法是更好地了解质子和重的子结构——例如铅——并研究一种叫做饱和的新现象，"负责这项研究的堪萨斯大学物理学教授克里斯托弗·罗伊翁（Christophe Royon）在一份电子邮件解释说，"当两个质子或两个离子以非常高的能量碰撞时，我们对它们的亚结构（夸克和胶子）非常敏感，我们可以探测胶子密度非常大的某些区域。“

“打个比方来描述胶子的行为，如在高峰时段完全拥堵的纽约地铁，”罗伊翁继续说，“在这种情况下，胶子的行为不是孤立行为，而是表现出集体的行为，就像拥挤的地铁一样，如果有人摔倒，每个人都会感觉到，因为人们彼此如此靠近。在某种程度上，质子或重子可以表现得像一个固体物体，叫做彩色玻璃冷凝物。这是我们希望在大型强子对撞机和未来美国的电子-离子对撞机上看到的。”

粒子碰撞

罗伊翁说，找到这种稠密的胶质物质存在的证据，将回答关于夸克的最大未解答的问题之一。"这是一种新的物质状态，"他说，“在相对论重子对撞机或大型强子对撞机上已经出现了一些暗示，但目前还没有确定的迹象。一旦得到确认，这将是一个重要的发现，大型强子对撞机和电子-离子对撞机都是看到这一点的理想机器。”

科学家们还想知道是否有比夸克更小的东西。”这就引出了一个问题，还有别的层次吗？”韦斯特说，“我们不知道答案。”