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4 章（第1页）

x2F;3，奇异数0

奇异夸克（s），电荷-1/3e，重子数1/3，奇异数-1

在夸克模型中，很多实验现象都得到了解释：

质子是由两个上夸克和一个下夸克构成的，中子是由两个下夸克和一个上夸克构成的，π介子则是由上夸克和下夸克及其反粒子构成，具体看下图：

图9：质子、中子以及pi介子的夸克构成

强子中的奇异粒子实际上是其中含有奇异夸克导致的，比如Lambda^0就是由一个上夸克、一个下夸克以及一个奇异夸克构成的（uds），而K^0则是一个下夸克和一个反奇异夸克构成的。

而π介子传递质子中子之间的核力，其实是内部夸克之间的相互作用[9]：

图10：质子与中子之间的相互作用

值得指出的是，在夸克模型被提出的60年代，我国老一辈科学家提出了相对论性强子结构的曾子模型，相关的研究成果领先于国际上非相对论夸克模型，比国际上同类相对论夸克模型要早1~2年左右。遗憾的是，由于当时我国与国际的科研交流非常有限，相关成果也以中文发表在国内非常普通且将要停刊的期刊上，导致国际学术界无法了解和引用这些成果。

6、电子-质子深度非弹性散射与部分子模型

夸克模型，简单地说，是一种对强子分类的模型，由于夸克模型能够成功地解释许多事实，把极为复杂的事情变得非常简单，立即得到人们的普遍重视，但夸克模型总归是理论模型，需要在实验上找到证据才行。

人们用海水和陨石作实验；探测宇宙射线；运用各种高能加速器，希望能找到夸克存在的证据。然而，在1969年以前，什么证据也没有找到。

这时，大多数人已经不抱希望，认为找不到夸克存在的证据，只能解释为所谓的夸克只不过是某种数学符号，物理方程中的一个数学量而已。

但在20世纪30年代的时候，人们就发现中子具有磁矩。

如果一个不可再分的基本粒子具有磁矩，那么这个粒子必须同时具有自旋和电荷。但是我们知道，中子虽然自旋1/2，但它是不带电荷的，因此中子不可能为一个基本粒子，而是由更基本的粒子构成。

那么质子或者中子内部到底是不是夸克呢？要回答这个问题，最直接的想法就是去「看一下质子内部」。当然，这个「看一下」的过程并没有那么直接。

比较典型的实验方法有深度非弹性散射（DIS，deepInelasticscattering），简单地说就是用高能电子轰击质子，把电子打入质子内部，通过对末态粒子的分析来反推质子内部结构。

图11：电子-质子深度非弹性散射

上图中，K是入射电子，K^，是末态电子，p为被轰击的质子，X表示末态粒子集合。电子与质子的相互作用通过交换一个中间粒子——光子q来产生

实验发现，质子内有无数点电荷，且基本上是自由运动的。电子-质子深度非弹性散射实验显示出核子的结构函数具有无标度现象。这是质子（或者说核子）具有结构的重要信息。这些实验激发了当时的理论学家对于核子结构的热烈讨论，其中1969年费曼提出了著名的「部分子模型」是最富有成效的。

图12：费曼（RichardPhilipsFeynman，1918-1988）

「部分子模型」认为，一个接近光速运动的核子，可以看作是由一束高速运动的自由点粒子，即部分子所构成，电子与质子之间的高能反应是通过与这些部分子之间的相互作用而发生的。

强子内部分子的性质由部分子分布函数（partondistributionfunction，PDF）来描述。PDF直观地定义为强子内携带动量分数x的某类部分子的数密度。

深度非弹性实验有三个重要的发现，通过与理论模型的对比，可以得出关于质子的重要结论：

在当时实验的分别率下，构成质子的粒子表现为点粒子

构成质子的点粒子是自旋为1/2的费米子

构成质子的点粒子带分数电荷

综合这3个实验发现得到质子结构的清晰图像：

质子是由自旋为1/2、带分数电荷的更微小的点粒子构成。

7、部分子模型与夸克模型的统一

电子-核子深度非弹性散射实验显示核子是由自旋为1/2的费米子组成的，而在夸克模型中所有强子包括核子在内都是由夸克构成的，那么实验上看到的部分子就是夸克模型中的夸克吗？这两种模型具有什么样的关系呢？

实际上，部分子模型和夸克模型是一致的。我们可以将部分子等同于夸克，这样的核子模型成