基本與複合

拿起一枚海膽殼（沙錢）和一顆玻璃彈珠。彈珠看上去結實又簡單；而沙錢若被掰開，會撒出更小的顆粒。有些物體是單一、不可分的東西，有些則是更小東西黏在一起的捆束。把這兩種情形區分開，是粒子物理學的核心工作之一，而描述這種區別的詞，就是「基本」（沒有部件）和「複合」（由部件構成）。

如果每個實驗都把一個粒子顯示為沒有結構的點，它就是基本的；如果它是更小粒子被某種力束縛在一起形成的束縛態，它就是複合的。決定性的檢驗，是用某種非常小的東西去探測這個粒子——通常是一束充當微小尺子的高能粒子束。如果探針順暢地穿過，這粒子看上去就是基本的；如果探針有時會從裡面堅硬、尖銳的小塊上猛地彈開，這粒子就是複合的。質子曾被認為是基本的，正是用這種方法在1960年代被揭示出含有三個更小的夸克：射向質子的高能電子會從裡面堅硬的點上散射開來。

這個區別之所以重要，是因為它告訴我們物質真正的根基在哪裡。原子是複合的（原子核加電子）；原子核是複合的（質子和中子）；質子和中子是複合的（夸克和膠子）；但夸克和電子看上去是基本的，是這道階梯的最底層。一個需要誠實說明的地方：複合粒子並不只是一袋鬆散的部件。質子質量的大部分來自束縛其夸克的強交互作用的能量，而非夸克本身的質量——所以一個複合對象可以遠遠重於它各部分之和。