夸克

把質子像洋蔥一樣一層層剝開，你不會抵達一個平滑的核心，而是發現三顆躁動不安的小點，從沒有任何實驗能把其中一顆單獨拉出來。這些小點就是夸克，是質子、中子以及整個強交互作用粒子動物園的組成單元。它們回答了週期表無法回答的問題：質子與中子到底是由什麼構成的？這個名字是蓋爾曼（Gell-Mann）從喬伊斯《芬尼根守靈》的一句話借來的，背後卻藏著非常具體的概念——一小組基本費米子，你周遭幾乎所有的質量都由它們堆砌而成。

夸克是自旋 1/2 的費米子，帶分數電荷：上型夸克（上 up、魅 charm、頂 top）帶 +2/3 e 電荷，下型夸克（下 down、奇 strange、底 bottom）帶 -1/3 e 電荷，其中 e 是質子電荷。共有六種味（flavor），分屬三個世代，質量橫跨極大的範圍，從幾 MeV 的上夸克到接近 173 GeV 的頂夸克。關鍵在於每個夸克還帶有三種色荷（紅、綠、藍）之一，這正是量子色動力學所描述的強交互作用之源。由於色被禁閉，夸克只能組成色中性的集團：三個夸克組成重子，例如質子（uud）；一個夸克加一個反夸克組成介子，例如π介子。

夸克最初只是為了整理 1960 年代粒子動物園而提出的記帳方案，後來在 SLAC 的深度非彈性電子散射中被直接看見，成為質子內部堅硬的散射中心——也就是 Bjorken 與費曼所說的「部分子」（parton）。一個常見的誤解是以為質子就是三個靜止的夸克坐在那裡；事實上這三個價夸克漂浮在一鍋沸騰的膠子與虛夸克-反夸克對之海中，而質子的質量大部分並非來自夸克本身的質量，而是來自那份強場束縛的能量，透過 E = m c^2 而來。