基本粒子如此之多，難道它們真的都是最基本、不可分的嗎？近40年來大量實驗實事表明至少強子是有內部結構的。

1964年蓋爾曼提出了夸克模型，認為介子是由夸克和反夸克所組成，重子是由三個夸克組成。他因此獲1969年物理獎。原子是由原子核和電子構成的，原子核是由質子和中子構成的，質子和中子是由什麼構成的呢？這的確是輪中之輪！這些新發現的物質的基本構件構成了質子和中子，當時還沒有名稱。蓋爾—曼於是便杜撰了一個名稱——夸克。而這名稱還真的就這麼叫上了。強子是由夸克構成的。古希臘人認為，一切物質都是由為數不多的基本粒子（即他們所謂的“原子”）構成的。這一偉大的原理已被事實證明不那麼好理解。基本粒子是否就是夸克？難道夸克也是複合體嗎？我們一會兒再來討論這個問題。夸克以兩種構型附著在一起。一種構型是兩個夸克附在一起，另一種構型是三個夸克附在一起。兩個夸克在一起就構成了介子，三個夸克在一起就構成了重子。夸克也有量子能級。能夠透過吸收能量而受激進入較高的級位。受激的強子看上去與其他的強子一樣，於是，很多先前被認為是獨立的粒子現在被看作是單個夸克結合的受激狀態。為了解釋所有已知的強子，就必須設想夸克不止一種。在20世紀70年代初，人們設想有三種“味道”的夸克。這三種夸克被異想天開地稱作“上”、“下”、“奇”。後來，出現了更多的強子，又多出了第四種夸克，即“粲”夸克。近來，出現了更多的粒子，人們認為還得有另外兩種夸克：“頂”夸克和“底”夸克。現在，很多種粒子作用都可以藉助詳細的夸克計算獲得系統的瞭解。夸克理論的基本預設是，夸克本身是真正渾然一體的基本粒子，是一種象點一樣的物體，沒有內部成分。在這方面，夸克頗象輕子，因為輕子不是由夸克組成的，它們本身似乎就是基本粒子。事實上，夸克和輕子之間有著自然的對應，使人們獲得意想不到的機會得以洞見大自然的運作。夸克和輕子之間的系統聯絡見下面的表1。表右邊一欄是夸克的味道，左邊是已知的所有輕子。要記住，輕子感受到的是弱力，而夸克感受到的是強力。輕子和夸克之間還有一個區別是，輕子或是不帶電，或是隻帶1個單位的電荷；而夸克則帶3分之1或3分之2單位的電荷。儘管輕子與夸克有著如許的差別，但二者之間存在著深刻的數學對稱，使輕子和夸克在上面的圖表中有了逐層面的對應。第一個層面只有四種粒子：上、下夸克、電子及電中微子。奇怪的是，一切普通的物質竟全是這四種粒子構成的。質子和中子是由3個3個的夸克組成的，而電子只是充任構成物質的一種亞原子粒子。中微子只是跑進宇宙裡，一點也不參與物質的大體構造。就我們所知，假如其他的粒子都突然消失了，只要有這四種粒子，宇宙就不會有多大變化。亞原子粒子可分為兩大類：輕子和夸克。夸克沒有被發現單獨存在，而是兩個或三個地在一起。夸克的電荷是分數的。一切普通的物質都是由Ⅰ層面的粒子構成的。Ⅱ層面和Ⅲ層面似乎是Ⅰ層面的簡單複製，其中的粒子是高度不穩定的。可能尚有未發現的層面。下面一個層面的粒子似乎就是第一個層面的複製，只不過較重而已。第二個層面的粒子都極不穩定（中微子例外），它們所構成的各種粒子很快就衰變為層面Ⅰ的粒子。第三個層面的粒子也是這樣。於是就必然產生這樣的問題：層面Ⅰ之外的其他粒子有什麼用處呢？為什麼大自然需要它們？在形成宇宙的過程中，它們扮演了什麼角色？它們是多餘的贅物？或者，它們是某種神秘的、現在尚未完全明瞭的過程的一部分？更為令人不解的問題是，隨著將來能量越來越高的粒子加速器的出現，是否也只有這三個層面的粒子？是否會發現更多的或無窮多的層面？ 還有一種複雜的情況加深了我們的不解。為了避免與量子物理學的一個基本原則相沖突，我們必須設想每一種味道的夸克實際上有三種不同的形式，即人們所說的“顏色”。任何一個給定的夸克都必須被看作是某種多層電鍍（比喻說法）的疊加，不斷地閃現出（又是一個比喻說法）“紅”、“綠”、“藍”的顏色。這樣一來，一切又看上去象是亂了套的動物園了。但是，收拾局面的方法就在眼前。對稱又來救駕了。不過，這一次的對稱，其形式更微妙，更深奧，怪不得被人們稱作超對稱。為了理解超對稱，我們就得說說物質基本結構分析的另一個大線索：力。不管粒子動物園有多麼紛壇複雜，其中看來只有四種基本的力：引力，電磁力（因與日常生活密切相關而廣為人知），弱作用力和強作用力。中子和質子之間的強力，當然不可能是基本力，因為中子和質子本身就是複合物而不是基本粒子。當兩個質子相互吸引時，我們實際上看到的，就是六種夸克相互作用的合力。夸克之間的力才是基本力。可以用描述電磁場的方式描述夸克之間的力，而夸克的色就相當於電荷。質子的對應物是所謂的“膠子”，其作用就是我們先前說過的象仿使那樣，不斷地在夸克之間來回跳動，將夸克膠結在一起。物理學家們仿照電動力學，把這種由“顏色”產生出來的力場理論叫作色動力學。色動力作用要比電磁力作用複雜。這有兩個原因。第一，夸克有三色，而電荷卻只有一種，於是，與一種光子相對應的就是八種不同的膠子。第二，膠子也有顏色，因而彼此也有很強的相互作用，而光子不帶電荷，彼此間又是那麼不相干。