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5 章（第1页）

为夸克-部分子模型。夸克模型中核子是由三个夸克构成的：质子为uud，中子为udd，而部分子模型中核子内的部分子数量没有一定的限制。

为了将这两个模型统一起来，我们可以将核子视为这样的构成体，即核子中除了显示其「特性」的夸克uud和udd外，还包括大量处于不断产生和湮灭中的正反夸克对。其中标志核子特性的夸克uud和udd被称为价夸克，而处于不断产生和湮灭中的正反夸克对成为海夸克，他们处于不断涨落的「海」中。海夸克是由于量子涨落才出现的，只有高能电子轰击质子时才能感受到海夸克的存在。可以认为夸克模型是核子模型的低能图像，而部分子模型是核子结构的高能图像。

定义f_u（x），f_d（x），f_s（x）等为质子中相应夸克带有动量为质子动量x倍时的数量（密度），f_bar{u}（x），f_bar{d}（x），f_bar{s}（x）为反夸克的数量。

其中x为无穷大动量坐标系中夸克携带的动量占质子总动量的分数。

因为质子中处于「海」中的夸克正反数量是相等额，所以正夸克的总数减去反夸克的总数应该等于质子中的价夸克数量：

int^1_0[f_u（x）-f_bar{u}（x）]=2（质子中两个u价夸克）

int^1_0[f_d（x）-f_bar{d}（x）]=1（质子中一个d价夸克）

int^1_0[f_s（x）-f_bar{s}（x）]=0（质子中没有s价夸克）

质子中每一种夸克所带动量的平均分输（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_dapprox0。18

P_s大约为百分之几（除了uds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」（AsymptoticFreedom）。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（DavidJonathanGross，1941-）、波利茨（HughDavidPolitzer，1949-）、威尔茨克（FrankWilczek，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，QuantumChromodynamics）。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、或夸克与反夸克、或反夸克与反夸克之间通过胶子而结合在一起。凡带有色荷的粒子能放出和吸收胶子，从而实现强相互作用。吸收和放出胶子可使夸克改变