1，所有的中子都是由三個誇克組成的，反中子是由三個相應的反誇克組成的，比如質子和中子。質子由兩個上誇克和壹個下誇克組成，中子由兩個下誇克和壹個上誇克組成。
自然
它們具有分數電荷，分數電荷是電子電荷的2/3或-1/3倍，它們的自旋是1/2或-1/2。首先需要三種誇克來解釋強相互作用粒子理論，稱為誇克三味。分別是上誇克(up，u)、下誇克(down，d)和奇誇克[1](strange，s)。1974年發現J/ψ粒子，需要引入第四誇克粲誇克(charm，c)。υ粒子發現於1977，要求引入第五誇克底(B)。第六個誇克頂，T誇克(T)發現於1994，被認為是最後壹個誇克。誇克理論認為所有的重子都是由質子(uud)和中子(UDD)三種誇克組成的。反重子由三個相應的反誇克組成。誇克理論還預言了壹種由三個奇異誇克組成的粒子(sss)的存在，這種粒子在1964年的氫氣泡室中被觀測到，被稱為負ω粒子。頂誇克、底誇克、奇誇克和魅誇克由於質量巨大，會在短時間內衰變為上誇克或下誇克(見下表)。誇克根據其特性分為三代，如下表所示:
代旋功能中英文名稱符號充電量/e質量/MeV.c-2
1上的誇克+1/2iz =+1/2u+2/3 1.5到4.0
1 ?1/2 Iz=？1/2下誇克)d？1/3 4到8
2 ?1/2 S=？1奇異誇克)s？1/3 80到130
2+1/2 C=1魅力誇克C+2/3 1150到1350
3 ?1/2 B′=？1底誇克)b？1/3 4100到4400
3+1/2 T=1頂誇克T+2/3 171400 2100。
我國壹些物理學家把誇克稱為層子體，因為他們認為即使是層子體也不是物質的初始元素，而只是物質結構無限層中的壹層。
在量子色動力學中，誇克不僅具有“味”的特性，還具有“色”的三個特性，即紅、綠、藍。在這裏，“顏色”並不是指誇克真的有顏色，而是用“顏色”這個詞來形象地比喻誇克本身的壹種物理性質。量子色動力學認為壹般物質是沒有“顏色”的，組成重子的三種誇克的“顏色”分別是紅、綠、藍，所以疊加在壹起是無色的。所以包括六味三色的屬性，* * *有18個誇克，以及它們對應的18個反誇克。
誇克理論也認為介子是由壹個誇克和壹個同色的反誇克組成的束縛態。例如，日本物理學家湯川秀樹預言[[π+介子]]由壹個上誇克和壹個反下誇克組成，而π-介子由壹個反上誇克和壹個下誇克組成，它們是無色的。
通過實驗發現了除頂誇克以外的五種誇克，中國科學家丁肇中因發現粲誇克(又稱J粒子)而獲得諾貝爾物理學獎。近十年來高能粒子物理學家的壹個主要方向是頂誇克(T)。
至於1994新發現的第六個“頂誇克”，相信是最後壹個。它的發現使科學家能夠獲得誇克的完整圖像，這有助於研究宇宙在大爆炸開始時不到壹秒鐘的時間內是如何演化的，因為大爆炸開始時產生的高熱會產生頂級誇克粒子。
研究表明，壹些恒星可能在演化末期成為“誇克”。當恒星無法抵抗其引力收縮時，誇克會被密度的大幅增加擠出。最終，太陽大小的恒星可能會縮小到只有七八公裏，但它仍然會發光。
誇克理論認為誇克都被囚禁在粒子內部，不存在單個誇克。有些人反對誇克並不真正存在。然而，幾乎所有誇克理論所做的預測都與實驗測量符合得很好，因此大多數研究人員認為誇克理論是正確的。
1997年，俄羅斯物理學家戴阿·科諾夫等人預言，存在壹種由五個誇克組成的粒子，其質量比氫原子大50%。2001年，日本物理學家在SP Ring-8加速器上用伽馬射線轟擊壹塊塑料時，發現了五誇克粒子存在的證據。後來被托馬斯·傑珀森國家加速器實驗室和莫斯科理論與實驗物理研究所的物理學家證實。這個五誇克粒子由兩個上誇克、兩個下誇克和壹個反奇異誇克組成，不違反粒子物理的標準模型。這是首次發現由三個以上誇克組成的粒子。研究人員認為，這種粒子可能只是“五誇克”粒子家族中第壹個被發現的成員，可能還有由四個或六個誇克組成的粒子。
壹個接壹個，九個實驗小組聲稱發現了五誇克的證據。但在其他高能實驗組及其數據中，包括輕子對撞機的使用，如德國DESY的宙斯實驗，日本KEK的Belle和美國SLAC的BaBar，以及CDF和D？在實驗中，沒有觀察到應該存在的證據。因此，所謂五誇克粒子的存在仍然是壹個有爭議的話題。同時，春8還計劃進壹步提高效率，輻射比目前強10倍，獲取更多實驗數據進行統計確認。
目前人類只是在大膽假設和科學驗證。誇克是解釋壹些目前人類無法解釋的現象的可能假說，但人類壹直沒有找到誇克的直接證據。
1996 65438+2月2日，科技日報發表了崔俊達教授的文章《復合時空理論不是病理科學》。崔在文章中進壹步指出:“誇克的存在在物理學上並不是普遍公認的。分歧可以追溯到20世紀70年代。中國的物理學家朱紅遠，諾貝爾獎獲得者量子力學創始人海德堡，都認為全世界很多物理學家花了這麽大的力氣去尋找誇克。如果誇克真的存在，早就應該被發現了。
這位科學家如此否定誇克當然是不對的，就像那句“如果誇克真的存在，早就該被發現了”顯然是謬論，相當於說“如果癌癥真的存在，早就該被治愈了”。
簡而言之，科學不能是任何虛假和情緒化的東西。誇克不能直接證明它的存在，也不能證明(哪怕是間接證明)它不存在。目前只是壹種假設。
[編輯此段落]
誇克的發現
19世紀末，瑪麗·居裏打開了原子之門，證明了原子不是物質的最小粒子。不久，科學家們發現了兩種亞原子粒子:電子和質子。1932年，詹姆斯·查德威克發現了中子，這壹次科學家認為發現了最小的粒子。
20世紀30年代中期，發明了粒子加速器。科學家們能夠將中子分解成質子，將質子分解成更重的原子核，並觀察碰撞會產生什麽。20世紀50年代，唐納德·格拉澤(Donald Glaser)發明了氣泡室，將亞原子粒子加速到接近光速，然後拋出這個充滿氫氣的低壓氣泡室。這些粒子與質子(氫原子核)碰撞後，質子分裂成壹組奇怪的新粒子。當這些粒子從碰撞點擴散時，會留下壹個微小的氣泡，暴露其蹤跡。科學家看不到粒子本身，但可以看到這些氣泡的痕跡。
氣泡室圖像上的這些微小軌跡(每壹條軌跡都表明壹個先前未知粒子的短暫存在)是多樣的、眾多的，這讓科學家們既驚訝又不解。他們甚至無法猜測這些亞原子粒子是什麽。
默裏·蓋爾曼，1929出生於曼哈頓，是名副其實的神童。3歲時，他就能心算出大數的乘法運算；7歲的拼字比賽贏了12歲的孩子；8歲，智力堪比大部分大學生。然而，在學校，他感到無聊、煩躁，並患有嚴重的寫作障礙。雖然他完成論文和研究項目報告很容易，但他很少完成。
盡管如此，他還是成功地從耶魯大學畢業，並先後在麻省理工學院、芝加哥大學(為費米)和普林斯頓大學(為《奧本海默》)工作。24歲時，他決定集中精力研究氣泡室圖像中的奇怪粒子。通過氣泡室圖像，科學家可以估計每個粒子的大小、電荷、方向和速度，但無法確定它們的身份。到1958，近100個名字被用來識別和描述這些探測到的新粒子。
默裏·蓋爾曼認為，如果應用幾個關於自然的基本概念，就有可能理解這些粒子。他首先假設自然是簡單對稱的。他還假設，像自然界中所有其他物質和力壹樣，這些亞原子粒子是守恒的(即質量、能量和電荷在碰撞中沒有損失，而是保存了下來)。
在這些理論的指導下，
[迄今為止我們對物質結構的理解]
到目前為止，我們對物質結構的理解
蓋爾曼開始對質子分裂過程中的反應進行分類和簡化。他創造了壹種新的測量方法，叫做“奇異度”。這個詞是他從量子物理中引入的。奇點可以測量每個粒子的量子態。他還假設奇點在每壹個反應中都存在。
蓋爾曼發現他可以建立壹個簡單的質子分裂或合成的反應模式。但是有幾個模式似乎不遵循守恒定律。然後他意識到，如果質子和中子不是固體物質，而是由三個更小的粒子組成，那麽他可以讓所有的碰撞反應都遵循簡單的守恒定律。
經過兩年的努力，蓋爾曼證明了這些更小的粒子壹定存在於質子和中子中。他將其命名為“k- works”，後縮寫為“KWOKS”。不久後，他在詹姆斯·喬伊斯的著作中讀到壹句話“三誇克”，於是他將這種新粒子重新命名為誇克。
麻省理工學院(MIT)的Jerome Friedman，斯坦福直線加速器中心(SLAC)的Henry kendall和RichardTaylor，在1967到1973期間，在斯坦福利用當時最先進的兩公裏電子直線加速器進行質子和中子的深度非彈性散射的壹系列開創性實驗工作，獲得了諾貝爾物理學獎。這說明人們終於在科學上認識到了誇克的存在。
加拿大人泰勒1950獲得理學學士學位，1952獲得碩士學位，1962獲得斯坦福博士學位，1968獲得斯坦福直線加速器中心副教授，1970獲得教授。美國人弗裏德曼1950在芝加哥大學。1953獲得碩士學位，1956獲得博士學位。1960來麻省理工學院任副教授，1967升任教授，1983-1988任研究所物理系系主任。美國人肯德爾出生於65438年。1954在麻省理工學院獲得物理學博士學位，兩年後從1967成為斯坦福大學副教授和麻省理工學院教授。
斯坦福直線加速器中心做的實驗與e .盧瑟福驗證核模型的實驗類似。就像盧瑟福由於觀察到大量α粒子的大角度散射而預言原子中存在原子核壹樣，斯坦福直線加速器中心通過大量電子的大角度散射證實了原子核結構中的點狀成分，這是以前沒有預料到的，現在理解為誇克。
蓋爾曼在1964預言了誇克的存在，同時加州理工的G·茨威格也獨立提出了這壹預言。在斯坦福直線加速器中心麻省理工學院進行實驗之前，沒有人能拿出令人信服的動力學實驗來證實質子和中子中存在誇克。當時的理論家並不清楚誇克在強子理論中的作用。正如Jowers C Jarlskog在諾貝爾頒獎典禮上向瑞典國王介紹獲獎者時說的那樣，“誇克假說在當時並不是唯壹的假說。比如有壹個叫‘核民主’的模型，認為任何粒子都不能稱為基本單位，所有粒子都是同等基本的，互相構成。”
1962年，斯坦福開始建造能量為10-20 GeV的大型直線加速器。經過壹系列改進，能量可以達到50GeV..兩年後，斯坦福直線加速器中心主任W·帕諾夫斯基(W Panofsky)得到了幾名年輕物理學家的支持，這些物理學家在他擔任斯坦福高能物理實驗室主任泰勒時曾與他共事。並擔任了壹個實驗組的組長。不久，弗裏德曼和肯德爾也加入了進來。那時他們是麻省理工學院的老師。他們壹直在5GeV劍橋電子加速器上做電子散射實驗，這是壹個容量有限的回旋加速器。但是斯坦福會有壹個20GeV的加速器。它可以產生“絕對強”的輻射束、高電流密度和外輻射束。加州理工學院的壹個團隊也加入了合作，他們的主要工作是比較電子-質子散射和正電子-質子散射。這意味著來自斯坦福直線加速器中心、麻省理工學院和加州理工學院的科學家組成了壹個龐大的研究團隊(這個團隊被稱為A組)。他們決定建造兩臺能譜儀。壹個是8GeV的大型接受譜儀，壹個是20GeV的小型接受譜儀。新設計的光譜儀與早期光譜儀的區別在於，它們在水平方向上逐點聚焦，而不是舊設備中的逐點聚焦。這種新的設計可以使散射角在水平方向散開，而動量在垂直方向散開。動量的測量可以達到0.65438±0%，散射角的精度可以達到0.3毫弧度。
當時的物理學主流認為質子沒有點結構，所以他們預期散射截面會隨著q2 (Q是轉移到原子核的四維動量)的增大而迅速減小。換句話說，他們預期大角度散射很少，實驗結果出乎意料的大。在實驗中，他們使用了各種理論假設來估計計數率。這些假設都不包括組成粒子。壹種假設使用了彈性散射中觀察到的結構函數，但實驗結果與理論計算相差壹兩個數量級。這是壹個驚人的發現，人們不知道這意味著什麽。世界上沒有壹個人(包括誇克的發明者和整個理論界)具體而準確地說:“尋找誇克，我相信它們在原子核裏。”在這種情況下，斯坦福直線加速器中心的理論家Bjorcken提出了校準獨立性的思想。他在斯坦福讀研究生的時候，用L手完成了非彈性散射運動學的研究。Bjorcken在1965年2月回到斯坦福的時候，由於環境的影響，很自然的，他又開始了電子這門學科。他記得在1961年，他在斯坦福學術報告會上聽L·希夫說，非彈性散射是壹種研究質子中瞬時電荷分布的方法。這個理論顯示了電子的非彈性散射如何給出原子核中中子和質子的動量分布。當時，蓋爾曼將流代數引入場論。拋棄場論中的壹些錯誤，保持流代數的互易關系，S. Adler用定域流代數導出了中微子反應的求和規則。Bjorcken為了計算結構函數對整體求和規則的積分，用流代數研究了高能電子和中微子的散射，花了兩年時間。並找出結構函數的形狀和大小。壹般來說，結構函數W1和W2是兩個變量的函數。這兩個變量就是四維動量傳遞的平方q2和能量傳遞V. Bjorcken認為結構函數W2只取決於這些變量的無量綱比ω=2Mv/q2(M代表質子質量)，即vW2=F(ω)，這就是Bjorcken標度無關性。他用了很多平行的方法，其中最投機的是點結構。流代數的求和規則隱含了點結構，但不壹定要求點結構。但根據這壹建議，Bjorcken結合其他壹些強相互作用概念如Reggie pole使求和規則收斂，自然獲得了結構函數定標的獨立性。
校準無關性提出後，很多人不相信。正如弗裏德曼所說，“這些觀點已經提出來了，我們並不完全確定。他是個年輕人，我們覺得他的想法很了不起。我們沒想到會看到點結構，但他說的只是壹大堆廢話。”25438+0967和1968，深度非彈性散射的實驗數據已經開始積累。當Kendall向Bjorcken展示壹個全新的數據分析時，Bjorcken建議使用與規模無關的變量ω來分析這些數據。根據舊方法畫出的圖表，肯德爾說，“數據是分散的，就像雞爪印布滿了圖表紙。當按照Bjorcken的方法(vW2 vs)處理數據時，它們以壹種強有力的方式集中在壹起。我記得巴爾默發現他的經驗關系式時的感受——氫光譜的波長絕對精確擬合。”1968年8月，弗裏德曼報告了第壹個結果，帕諾夫斯基作為會議領導人，猶豫著提出了核點結構的可能性。
在從20GeV能譜儀收集到6和10散射的數據後，A組開始用8GeV能譜儀做18，26和34的散射。根據這些數據，發現第二結構函數W1也是單變量ω的函數，也就是說，它服從Bjorcken標度獨立性。所有這些分析結果在今天仍然是獨立的。即使經過更精確的輻射校正，結果的差異也不超過65438±0%。從1970開始，實驗人員用中子做了類似的散射實驗。在這些實驗中，他們交替測量氫(質子)和氘(中子)壹個小時，以減少系統誤差。
早在1968年，加州理工學院的R. Feynman就已經認為強子是由更小的“部分子”組成的。同年8月訪問斯坦福直線加速器中心時，他看到非彈性散射數據與比約肯標度無關。費曼認為部分子在高能相對論原子核中。
也就是說，結構函數與部分子的動量分布有關。這是壹個簡單的動態模型，也是比約肯觀點的另壹種表述。費曼的工作極大地刺激了理論工作，出現了幾個新的理論。在C. Gllan和D. Gross得出W1和W2的比值R與部分子的自旋密切相關的結論後，斯坦福直線加速器中心-馬薩諸塞州。
赫爾曼對誇克的要求排除了其他假設。中子數據分析清楚地表明中子產額不同於質子產額，這進壹步否定了其他理論假說。
壹年後，CERN重氣泡室中中微子的非彈性散射，有力地擴展了斯坦福直線加速器中心的實驗結果。為了考慮誇克之間的電磁相互作用和中微子之間的弱電相互作用的區別，斯坦福直線加速器中心進行了校準。
與斯坦福直線加速器中心的數據完全壹致。誇克-誇克相互作用表現在後來的μ子深度非彈性散射、正負電子碰撞、質子-反質子碰撞和強子噴流中。這些都有力地證明了強子的誇克結構。
物理學花了幾年時間才接受誇克，這主要是由於誇克的點結構和它們在強子中的強約束之間的矛盾。正如Jowers Kaug在諾貝爾獎頒獎典禮上所說，誇克理論不能完全唯壹地解釋實驗結果。獲得諾貝爾獎的實驗表明質子也包含電中性結構。人們很快發現這就是“膠子”。在質子和其他粒子中，膠子將誇克粘合在壹起。1973年，格羅、F .威爾切克和H D .裏澤爾獨立地發現了非阿貝爾規範場的漸近自由理論。這個理論認為，如果誇克之間的相互作用是由色規範膠子引起的，那麽誇克之間的耦合在短距離內是對數減弱的。這個理論(後來被稱為量子色動力學)可以很容易地解釋斯坦福直線加速器中心的所有實驗結果。此外，漸近自由的對立面和長距離耦合強度的增加(稱為紅外奴役)解釋了誇克禁閉的機制。誇克之父蓋爾曼在1972第十六屆國際高能物理會議上說:“理論上不要求誇克在實驗室中是真正可測量的，但和磁單極子壹樣，它們可以存在於想象中。”總之，斯坦福直線加速器中心的非彈性電子散射實驗顯示了誇克的類點行為，這是量子色動力學的實驗基礎。