夸克的發現及其組成

20世紀60年代，美國物理學家默里·蓋爾曼和G.茨威格各自獨立提出了中子、質子這一類強子是由更基本的單元——夸克（quark）組成的!
它們具有分數電荷，是電子電量的2/3或-1/3倍，自旋為1/2。最初解釋強相互作用粒子的理論需要三種夸克，叫做夸克的三種味(flavor)，它們分別是上夸克（up,u）、下夸克（down,d）和奇異夸克（strange,s）。1974年發現了J/ψ粒子，要求引入第四種夸克粲夸克（魅夸克）（charm,c）。1977年發現了Υ粒子，要求引入第五種夸克底夸克(美夸克)（bottom/beauty,b）。1994年發現第六種夸克頂夸克（top,t），人們相信這是最後一種夸克。 夸克理論認為，所有的重子都是由三個夸克組成的，比如質子（uud），中子（udd）；反重子則是由三個相應的反夸克組成的。夸克理論還預言了存在一種由三個奇異夸克組成的粒子（sss），這種粒子於1964年在氫氣泡室中觀測到，叫做負ω粒子。頂、底、奇、魅夸克由於質量太大，很短的時間內就會衰變成上夸克或下夸克。
質 子 由 兩 個 上 夸 克 和 一 個 下 夸 克 組 克 ， 上 夸 克 的 電 荷 量 為 +2/3 ， 下 夸 克 的 電 荷 量 為 -1/3 ， 所 以 質 子 的 電 荷 量 為 : 2/3+2/3-1/3 = +1
中 子 則 包 括 一 個 上 夸 克 和 兩 個 下 夸 克 ， 所 以 電 荷 量 為 : 2/3-1/3-1/3 = 0
已 發 現 的 粒 子 種 類 繁 多 ， 雜 亂 非 常 ， 夸 克 理 論 的 提 出 ， 大 大 減 少 了 基 本 粒 子 的 數 量 ， 讓 物 理 世 界 變 得 更 簡 潔 、 更 美 。 現 代 粒 子 物 理 學 家 相 信 ， 「 上 帝 」 只 用 了 六 種 夸 克 和 少 量 輕 子 ， 便 構 築 成 我 們 宏 觀 所 見 的 一 切 物 質 ！
夸 克 間 的 吸 引 力 是 很 奇 怪 的 ， 距 離 愈 遠 ， 吸 力 反 而 變 大 ， 這 也 是 科 學 家 到 現 在 亦 無 法 分 離 出 獨 立 夸 克 的 原 因 。 你 可 以 幻 想 夸 克 之 間 好 像 有 繩 子 連 著 ， 當 夸 克 互 相 貼 近 時 ， 繩 子 會 鬆 兮 兮 的 ， 夸 克 們 可 以 自 由 移 動 ， 當 你 嘗 試 把 夸 克 分 開 ， 繩 子 便 突 然 繃 緊 ， 不 讓 夸 克 分 開 。 就 算 你 有 足 夠 的 力 量 把 繩 子 扯 斷 ， 你 也 不 會 得 到 獨 立 的 夸 克 ， 原 因 是 當 你 把 繩 子 繃 緊 ， 能 量 便 會 儲 藏 在 繩 子 內 ， 直 至 能 量 足 以 平 空 產 生 兩 個 夸 克 ， 結 果 ， 雖 然 你 能 把 繩 子 拉 斷 ， 你 得 到 的 也 不 過 是 四 顆 夸 克 ， 而 不 是 兩 顆 獨 立 的 夸 克 。
對 夸 克 有 興 趣 的 讀 者 ， 可 參 看 安 東 尼 ‧ 熱 博 士 (Dr. Anthony Zee) 所 著 的 "Fearful Symmetry" ( 中 譯 「 可 怕 的 對 稱 」 ) ， 這 是 一 本 為 一 般 讀 者 而 寫 的 科 普 讀 物 ， 前 半 部 ( 直 至 廣 義 相 對 論 ) 非 常 精 彩 易 懂 ， 但 後 半 部 ( 包 括 夸 克 、 統 一 埸 論 ) 部 份 ， 若 沒 有 群 論 (group theory) 和 基 本 物 理 知 識 ， 可 能 會 較 為 艱 澀 ， 但 這 書 能 讓 讀 者 對 夸 克 理 論 有 一 個 更 深 入 的 理 解 。
最 後 ， 夸 克 (quark) 這 個 名 稱 來 自 作 家 詹 姆 斯 ‧ 喬 伊 斯 (James Joyce) 的 小 說 《 菲 尼 根 斯 ‧ 威 克 》 (Finnegans Wake) ， 當 中 的 十 三 行 詩 寫 到 ： 「Three quarks for Muster Mark.」 "quark" 原 指 烏 鴉 的 呱 呱 叫 聲 ， 怎 知 蓋 爾 曼 覺 得 三 聲 鴉 叫 (quarks) 的 暗 喻 非 常 好 ("The allusion to three quarks seems perfect" ， 暗 合 當 時 所 知 的 三 種 夸 克 ) ， 便 用 這 字 為 新 發 現 的 亞 粒 子 命 名 。

2008-06-11 20:56:25 補充：
玻 色 子 是 負 責 傳 遞 力 的 粒 子 ， 它 們 就 像 媒 人 般 在 粒 子 間 遊 走 ， 讓 兩 顆 粒 子 互 相 吸 引 或 排 斥 。 例 子 電 磁 力 的 傳 遞 粒 子 是 光 子 ， 強 作 用 力 的 媒 人 是 膠 子 ， 弱 作 用 力 則 由 W 及 Z 玻 色 子 穿 針 引 線 。

2008-06-11 20:57:37 補充：
由 於 科 學 家 不 能 分 離 出 獨 立 的 夸 克 ， 所以夸 克 質 量 只 是 一 個 約 數 。