质子内部真的只有三个夸克吗

质子是我们宇宙中最重要的粒子之一，它是现存最稳定的粒子，半衰期比宇宙寿命还要长得多。你可能听说过质子是由三个夸克组成的：两个上夸克和一个下夸克，甚至还知道将它们结合在一起的是胶子。但事实上这是质子的一个非常简化的模型，实际上质子可以同时由十几种不同的基本粒子组成。

要更深入地了解这一点，我们要从基础知识开始讲起。我们已经明确知道，质子不是基本粒子而是复合粒子，也就是说它是由更小的粒子夸克组成的。根据我们目前的认识，夸克已经是最基本的粒子了。

我们还知道质子带正电，电荷为 1，这意味着组成质子的夸克的电荷总和也必须为 1。于是他们提出了一个包含两个上夸克和一个下夸克的简单模型，因为上夸克的电荷是 2/3，下夸克的电荷是-1/3，把它们相加会看到电荷总数回到 1。

但如果质子内有带电的夸克，我们从电磁学中可以预测，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。所以在质子内，夸克之间的距离小于飞米，那么将导致两个上夸克相互分开并摧毁整个质子。显然这没有发生，因为还存在着强核力。这也是一种基本力，在具有色荷的粒子之间起作用。

色荷有三种颜色：红色、蓝色和绿色，每个夸克都带有一种颜色，而它们组成的重子（例如质子）则整体呈白色。介导强核力的粒子被称为胶子，它也含有色荷。因此，夸克之间的电磁排斥力会被胶子结合的强力所抵消，它还可以防止带相反电荷的上下夸克之间的电磁吸引力导致它们坍缩成奇点。因此强力可以根据其作用范围而具有吸引力或排斥力。

现在我们明白了基本知识，接下来就更深入地研究一下最开始提到的问题。质子的整个尺寸不到一飞米，这是一个难以置信的微小距离，它牢牢地将我们置于量子力学体系中。随着牛顿定律的不适用，我们需要量子力学来描述这些系统。