--- title: "夸克怎样整理越来越多的粒子" description: "为什么几种带分数电荷的组成粒子，能解释一大群强子？" canonical_url: "https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/gell-mann-quark-classification/" language: "zh-CN" page_type: "story" alternate_languages: en: "https://sandboxphysics.com/stories/particle-evidence/gell-mann-quark-classification/" last_modified: "2026-10-24" --- [检验物质遵守的规则](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/#symmetries) 粒子 · 实验 · 发现 # 夸克怎样整理越来越多的粒子 为什么几种带分数电荷的组成粒子，能解释一大群强子？ Sandbox Physics · 2026-10-24 诺奖贡献：1969-1 1. 按测得的性质整理粒子 2. 找出反复出现的家族图案 3. 用夸克组合重子与介子 4. 用散射检验内部成分 分类解释粒子家族的规律，后来的散射从另一方向检验内部组成。 ## 新粒子越来越多，家谱越来越乱 20 世纪 60 年代初，加速器发现的强相互作用粒子越来越多，质量、电荷、自旋与衰变方式各不相同。每来一个就单独记一项，清单只会越写越乱。盖尔曼等人发现，它们的一些性质却能排成有规律的家族图案。也许繁多名字背后，只有几种更基本的成分。 这类参加强相互作用的粒子统称强子。其中两大类叫重子与介子：质子、中子属于重子，π 介子、K 介子属于介子。后来夸克模型为这些名称补上结构解释：通常的重子由三个价夸克组成，通常的介子由夸克与反夸克组成。“价”强调决定粒子净种类标签的组成。 来源：[1] [2] ## 组成粒子的电荷竟然带分数 盖尔曼在 1964 年提出上、下、奇三种夸克。以上夸克为例，它带质子电荷的三分之二；下夸克与奇夸克各带负三分之一。反夸克的电荷与对应夸克相反。两个上夸克加一个下夸克，总电荷恰好为正一，接上质子；把一个上换成下，总电荷变成零，接上中子。 正 π 介子可以由一个上夸克与一个反下夸克组成，电荷相加也是正一。更换组成种类，便能有规律地走到其他粒子。少数成分生成许多组合，原来杂乱的名字开始彼此相连。 茨威格几乎同时在 CERN 独立提出类似组成图景，给这些成分起名 ace。盖尔曼的 1969 年诺奖表彰粒子分类及相互作用研究，范围比“提出夸克这个名字”更广。两条独立路线都应在历史中保留。 更换组成种类，也不仅仅改变总电荷。上、下夸克可以在一组相关粒子中互换，引入奇夸克又改变另一项可测种类标签。家族图案于是来自成分怎样组合，对称性负责整理可能组合，夸克质量不同则帮助解释同一家族为什么也有轻重差异。 这样，人们面对一个新成员时，能同时比较电荷、种类与质量关系。几种性质一起对上，比只猜一个质量更有说服力。分类的简洁因此带来了可以继续检查的联系。 来源：[1] [2] ## 家谱还要经得起新实验 这套分类的长处是简洁，但一张漂亮表格还不足以确定内部结构。分数电荷的成分没有作为自由粒子被单独拿出来。人们继续寻找可检验后果：家族里缺少的成员、磁性质、反应方式，以及电子打进质子后会怎样散射。 后来的深度非弹性电子散射显示，质子内部存在紧凑带电成分。电子偏转、损失能量，表现得像撞上了远比质子更小的对象。更多实验检查这些成分的自旋、电荷图案与相互作用，量子色动力学再补上夸克与胶子的运动规律。 现代质子内部有胶子，也有夸克—反夸克活动。三个价夸克准确记录它的净量子数；用不同尺度探查，还会看到更丰富结构。一个组成标签与一张静态小球照片，各自包含的信息很不一样。 来源：[1] [3] [4] ## 从家族规律走进物质内部 夸克图景改变了发现新强子之后的问题。人们可以追问哪些成分、哪种量子组合能给出它的实测性质，进而预言别的组合。对不上时，也能更具体地找到简化模型哪里需要改进。 最初那一步，是认真对待反复出现的电荷与种类图案。分类从规律猜成分，散射再直接探查内部。两种方法接到一起，越来越长的粒子清单才变成了彼此联系的物质图景。 来源：[1] [2] 接着探索物理 ## 动手试相关模型 ### [用散射探查质子](https://sandboxphysics.com/zh/labs/deep-inelastic-scattering/) 改变散射电子能量与角度，探索碰撞运动学。 教学模型把电子散射运动学与深度非弹性结构函数联系起来。 ## 来源与阅读说明 1. [Gell-Mann, A Schematic Model of Baryons and Mesons (1964)](https://doi.org/10.1016/S0031-9163(64%2992001-3) 这篇两页论文提出带分数电荷的夸克，用它们组织重子与介子。 2. [Zweig, An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and Its Breaking (1964)](https://cds.cern.ch/record/352337) 茨威格独立提出称作 ace 的组成粒子，可与盖尔曼的夸克设想对照。 3. [Bloom et al., High-Energy Inelastic Electron–Proton Scattering (1969)](https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.23.930) 测量显示大动量转移处的散射产额依然出乎意料地大。 4. [Breidenbach et al., Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering (1969)](https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.23.935) 论文讨论近似标度，并写明从早期数据提取结构函数所需的假定。 ## 顺着问题继续读 [电子怎样撞见质子里的小成分](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/slac-deep-inelastic-scattering/) [为什么猛烈碰撞里的夸克近乎自由](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/qcd-asymptotic-freedom/) [粒子、探测器与物质的规则](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/) [对称性怎样帮我们认识粒子](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/wigner-symmetry-principles/) [吴健雄的钴实验怎样分出了镜像](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/wu-parity-experiment/) [一次稀少的 K 介子衰变怎样打破 CP 对称](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/cronin-fitch-kaon-cp/) [电子怎样撞见质子里的小成分](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/slac-deep-inelastic-scattering/) [为什么猛烈碰撞里的夸克近乎自由](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/qcd-asymptotic-freedom/) [电磁作用与弱衰变怎样走到同一理论中](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/electroweak-unification/) [W 与 Z 怎样从碰撞碎片中显现](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/ua1-ua2-w-z/) [量子修正怎样让电弱理论接受精密检验](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/electroweak-quantum-corrections/) [规律对称，最低能量状态却可以选边](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/nambu-spontaneous-symmetry/) [第三代夸克怎样给 CP 破坏留出空间](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/kobayashi-maskawa-generations/) [两种质量峰怎样把希格斯场带到眼前](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/higgs-discovery-mass/)