怎么知道质子和中子是由夸克组成的?

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平均分输(可以简单的理解为此种夸克的百分比) P_u=\int^1_0x[f_u(x)-f_\bar{u}(x)]dx P_d=\int^1_0x[f_d(x)-f_\bar{d}(x)]dx P_s=\int^1_0x[f_s(x)-f_\bar{s}(x)]dx 实验结果给出的在质子中: P_u≈0.36 , P_d \approx 0.18 P_s 大约为百分之几(除了 u d s 外还有三种夸克,但是质量更重,所以占得比重更小,就忽略不计)。 但是这三者加起来也才占了一半左右,离 1 还有很远。也就说,除了 u 夸克、d 夸克、s 夸克之外,质子中还有其它很重要的成分。 那么这个成分是什么呢? 虽然暂时还不知道是什么,但是可以推测这种物质的一些性质:电子只参与电磁相互作用与弱相互作用,既然电子无法探测到这种物质,那就说明这种物质电中性,也不参与电弱相互作用。 8、量子色动力学 电子-质子深度非弹性散射实验表明了质子内的部分子具有「渐进自由」的性质,简单地说,部分子之间越接近,强作用力越弱。当部分子之间非常接近时,强作用力是如此之弱,以便到它们完全可以作为自由粒子活动。 这种现象称为「渐近自由」(Asymptotic Freedom)。反之,部分子之间距离越大,强作用力就越强。 1973 年,美国科学家格罗斯(David Jonathan Gross,1941- )、波利茨(Hugh David Politzer,1949- )、威尔茨克(Frank Wilczek,1951- )发现 SU(3)色规范群下的非阿贝尔规范群具有渐进自由的性质,由此建立了描述强相互作用的理论——量子色动力学(QCD,Quantum Chromodynamics)。他们也因此获得了 2004 年的诺贝尔物理学奖。 此处的「色」跟宏观中的「颜色」没有任何关系,是对微观粒子性质的一种描述,任何带有「色荷」的粒子都会参与强相互作用,犹如带「电荷」的粒子参与电磁相互作用一样。 图 13:格罗斯,波利茨,威尔茨克 根据量子色动力学,理论中中有两类基本的自由度,或者两类粒子: 夸克,费米子,自旋 1/2,也就是夸克模型中的夸克; 胶子,玻色子,自旋为 1,是传递强相互作用的媒介粒子。 实际上,电子-质子深度非弹性实验中没有被探测到的粒子就是胶子。 QCD 解释了胶子(gluon)的存在(胶子是强子中的电中性粒子,其作用是使夸克粘合而形成强子,胶子有八种态),认为带色的夸克通过交换胶子而结合,即夸克与夸克、或夸克