命名与提出
20世纪五六十年代，加速器中涌现出数百种新粒子，物理学家急需整理它们的规律。1961年，默里·盖尔曼和尤瓦尔·尼曼用SU(3)对称性提出了分类方案“八重法”；1964年，盖尔曼和乔治·茨威格各自独立提出质子和中子由更小的成分构成。盖尔曼从詹姆斯·乔伊斯小说《芬尼根的守灵夜》中的“Three quarks for Muster Mark!”一句取了“夸克”这个名字。由于其电荷是分数，起初很多人只把夸克当作计算工具。1965年前后，中国物理学家也独立提出了类似的“层子模型”。
发现与六种味
1968年，美国SLAC用电子轰击质子的深度非弹性散乱实验发现，电子被质子内部的点状微粒弹开（1990年诺贝尔奖）。1974年11月，布鲁克黑文和SLAC两个团队同时发现了含粲夸克的J/ψ粒子，丁肇中因此与里克特共获1976年诺贝尔奖，这被称为“十一月革命”。1977年发现底夸克，1995年费米实验室发现最重的顶夸克，六种夸克全部确认。夸克与轻子共同构成标准模型中的物质粒子，每种夸克都有反物质伙伴反夸克，其质量部分来自与希格斯场的相互作用。
| 夸克 | 电荷 | 质量 | 提出/发现 |
|---|---|---|---|
| 上 | +2/3 | ~2.2 MeV | 1964 |
| 下 | −1/3 | ~4.7 MeV | 1964 |
| 粲 | +2/3 | ~1.27 GeV | 1974 |
| 奇 | −1/3 | ~95 MeV | 1964 |
| 顶 | +2/3 | ~173 GeV | 1995 |
| 底 | −1/3 | ~4.18 GeV | 1977 |
色荷与禁闭
除电荷外，夸克还带有“色荷”（红、绿、蓝，与真实颜色无关），通过交换胶子的强相互作用结合在一起。描述它的量子色动力学（QCD）因1973年格罗斯、维尔切克和波利策发现的“渐近自由”——夸克越靠近作用力越弱——而完善（2004年诺贝尔奖）。反之，夸克越分开力越强，试图把夸克拉出来时能量会产生新的夸克对，因此夸克永远不会单独出现（夸克禁闭）。质子质量的大部分并非来自夸克本身，而是来自这种结合能。大爆炸后不久存在的夸克-胶子等离子体，在21世纪初的RHIC和LHC重离子碰撞中得以重现。
常见问题
- 质子由哪些夸克组成？
- 两个上夸克和一个下夸克（uud）。中子是一个上夸克和两个下夸克（udd），电荷相加分别为+1和0。
- 有比夸克更小的粒子吗？
- 在目前实验精度下，夸克表现为没有内部结构的点粒子。有理论推测存在更基本的成分，但尚无证据。
来源核查日期：2026-10-26
参考文献
- Gell-Mann, M. (1964). A schematic model of baryons and mesons. Physics Letters, 8(3), 214–215.
- Zweig, G. (1964). An SU(3) model for strong interaction symmetry and its breaking. CERN Report 8182/TH.401.
- Bloom, E. D., et al. (1969). High-energy inelastic e–p scattering at 6° and 10°. Physical Review Letters, 23(16), 930–934.
- Gross, D. J., & Wilczek, F. (1973). Ultraviolet behavior of non-abelian gauge theories. Physical Review Letters, 30(26), 1343–1346.
- Politzer, H. D. (1973). Reliable perturbative results for strong interactions? Physical Review Letters, 30(26), 1346–1349.
- Aubert, J. J., et al. (1974). Experimental observation of a heavy particle J. Physical Review Letters, 33(23), 1404–1406.
- CDF Collaboration (Abe, F., et al.). (1995). Observation of top quark production in p̄p collisions. Physical Review Letters, 74(14), 2626–2631.
- Joyce, J. (1939). Finnegans Wake. London: Faber and Faber.
- Particle Data Group (Navas, S., et al.). (2024). Review of Particle Physics. Physical Review D, 110, 030001.