怎么知道质子和中子是由夸克组成的?

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中子、电子、光子以及 π 介子,质量分别为 938MeV、939MeV、0.5MeV、0、140MeV ,因此这在当时是一个全新的未知粒子,后来称为 \Lambda^0 粒子,观测到的「V」型事件是一个衰变过程: \Lambda^0→p+π^- 后来人们又发现了一类「V」型事件,其末态粒子为 π^+ 、 π^- ,这个粒子质量大约为电子的 1000 倍,后来称之为K^0 粒子。 \Lambda^0 粒子和 K^0 粒子都属于奇异粒子,但直到 1954 年,在美国布鲁克海文国家试验 3GeV 质子同步加速器实验中产生了大量奇异粒子后,它们的「奇异」性才展现出来并得到系统性研究,而奇异粒子就是当时发现的一批粒子的总称[5],类似于电荷数,每个奇异粒子还具有「奇异数」,用 S 表示,而且有正有负,有的奇异粒子奇异数为正,有的则为负。电荷数在任何过程中都是守恒的,但是与此不同,奇异数只在强相互作用和电磁相互作用中守恒,在弱相互作用中并不守恒。 5、强子和夸克模型 随着粒子物理实验的进展,人们发现了越来越多的强子。人们把参与强相互作用的粒子统称为强子。根据强子的衰变性质,人们提出了重子数(类似于电荷数和奇异数),用B来表示,根据重子数的性质人们又把强子分成两类:重子和介子。重子具有非零的重子数,质子、中子以 \Lambda^0 都属于重子,其重子数为 1,而反重子的重子数则为-1。介子的重子数为 0, π 介子以及 K^0 粒子属于介子。 迄今为止,实验上已经发现了一百多种强子,这些强子的质量、寿命差别极大。大量强子的发现自然地让人们联想到了化学中的门捷列夫周期表,这么多的强子很难说都是基本粒子,它们更可能是由少数几种更基本的粒子构成的。 图 7:化学元素周期表 对此,人们做了很多尝试[8]: 1949 年,费米和杨振宁提出了费米-杨模型,认为质子和中子是基本粒子, π 介子是由质子、中子以及它们的反粒子构成的,比如: π^+=p\bar{n} (注:符号上面加个横线表示其反粒子) 1956 年,阪田昌一提出了坂田模型,认为质子、中子以及 \Lambda 才是基本粒子。 费米-杨模型无法解释奇异粒子,而坂田模型则在解释重子时遇到困难。后来还有其它的一些不成功的尝试,但是这些尝试为后来的夸克模型奠定了基础。 1964 年,M.Gell-Mann 和 G.Zweig 分别独立地提出了夸克模型(Quark Model)。他们认为,强子是由三种更基本的费米子,即夸克构成的。 图 8:M.Gell-Mann 发表的