基本与复合

拿起一枚海胆壳（沙钱）和一颗玻璃弹珠。弹珠看上去结实又简单；而沙钱若被掰开，会撒出更小的颗粒。有些物体是单一、不可分的东西，有些则是更小东西黏在一起的捆束。把这两种情形区分开，是粒子物理学的核心工作之一，而描述这种区别的词，就是「基本」（没有部件）和「复合」（由部件构成）。

如果每个实验都把一个粒子显示为没有结构的点，它就是基本的；如果它是更小粒子被某种力束缚在一起形成的束缚态，它就是复合的。决定性的检验，是用某种非常小的东西去探测这个粒子——通常是一束充当微小尺子的高能粒子束。如果探针顺畅地穿过，这粒子看上去就是基本的；如果探针有时会从里面坚硬、尖锐的小块上猛地弹开，这粒子就是复合的。质子曾被认为是基本的，正是用这种方法在1960年代被揭示出含有三个更小的夸克：射向质子的高能电子会从里面坚硬的点上散射开来。

这个区别之所以重要，是因为它告诉我们物质真正的根基在哪里。原子是复合的（原子核加电子）；原子核是复合的（质子和中子）；质子和中子是复合的（夸克和胶子）；但夸克和电子看上去是基本的，是这道阶梯的最底层。一个需要诚实说明的地方：复合粒子并不只是一袋松散的部件。质子质量的大部分来自束缚其夸克的强相互作用的能量，而非夸克本身的质量——所以一个复合对象可以远远重于它各部分之和。