八倍物理，

2、B

3、没有图片

4.夸克<质子和中子<原子核<原子

电子不知道。

电子的发现

直到19年底，原子一直被认为是物质的基本组成部分。后来，英国粒子物理学先驱约瑟夫·约翰·汤姆逊(，1856-1944)发现，原子产生的一种辐射可以用原子本身分裂出的一股带电粒子流来解释，现在他知道这种带电粒子就是电子。

中子的发现

起初，人们认为原子核是电子和带正电荷的质子的混合物。直到1932年，同样在卡文迪什实验室工作的詹姆斯·查德威克(1891—1937)才发现了与质子质量几乎相同的不带电中子。然后，原子核被解释为由强核相互作用或力结合在一起的质子和中子的集合。

原子的发现

对原子概念现存最早的解释可以追溯到公元前6世纪的古印度。理性主义和必胜主义发展出一套完整的理论来描述原子如何形成更复杂的物体(先成对，后成对)。西方文学是一个世纪以后，这是由勒西普斯提出的，他的学生德谟克利特总结了他的观点。大约在公元前450年，德谟克利特创造了原子这个词，意思是它不能被切割。虽然印度和希腊的原子观只是建立在哲学理解的基础上，但现代科学界仍然使用德谟克利特创造的名称[1]。公元4世纪前后，中国哲学家翟墨也在《莫箐》一书中独立提出了物质的有限可分性概念，并将最小的可分单位称为“端”。

近代史

161年，自然哲学家罗伯特·波义耳出版了《怀疑的化学家》。他认为物质是由不同的“粒子”或原子自由组合而成的，而不是气、土、火、水等基本元素[2]。恩格斯认为波义耳是第一个将化学确立为一门科学的化学家[25]。

1789年，法国贵族拉瓦锡定义了原子这个词。从那以后，原子被用来代表化学变化中的最小单位。

道尔顿在化学哲学新体系中描述的原子是1803。英语教师、自然哲学家约翰·道尔顿用原子的概念解释了为什么不同的元素总是以整数倍数反应，即倍数比例定律。这也解释了为什么有些气体比其他气体更易溶于水。他提出每种元素只包含一种原子，这些原子相互结合形成化合物[3]。

原子核的发现

1912在英国科学家卢瑟福用α粒子轰击金箔的实验中，绝大多数α粒子仍按原方向前进，少数α粒子偏转较大，有的α粒子偏转超过90度，有的甚至接近180度。实验事实证实，原子中存在一个体积小质量大的带正电荷的中心，这就是原子核。

质子的发现

质子是1919。卢瑟福在担任卡文迪许实验室主任时，用α粒子轰击氮原子核，并将其命名为质子。这个词是从希腊语“第一”演变而来的。欧内斯特·卢瑟福被认为是质子的发现者。1918他注意到他的闪烁探测器在用α粒子轰击氮气时记录到了氢原子核的迹象。卢瑟福意识到，这些氢原子核的唯一可能来源是氮原子，因此氮原子中必然含有氢原子核。他因此提出原子序数为1的氢核是一种基本粒子。尤金·戈尔茨坦(Eugene Goldstein)之前已经注意到阳极射线是由正离子组成的，但是他没能分析出这些离子的组成。

夸克的发现

19世纪末，玛丽·居里打开了原子之门，证明了原子不是物质的最小粒子。不久，科学家们发现了两种亚原子粒子:电子和质子。1932年，詹姆斯·查德威克发现了中子，这一次科学家认为发现了最小的粒子。

20世纪30年代中期，发明了粒子加速器。科学家们能够将中子分解成质子，将质子分解成更重的原子核，并观察碰撞会产生什么。20世纪50年代，唐纳德·格拉泽(Donald Glaser)发明了气泡室，将亚原子粒子加速到接近光速，然后抛出这个充满氢气的低压气泡室。这些粒子与质子(氢原子核)碰撞后，质子分裂成一组奇怪的新粒子。当这些粒子从碰撞点扩散时，会留下一个微小的气泡，暴露其踪迹。科学家看不到粒子本身，但可以看到这些气泡的痕迹。

气泡室图像上的这些微小轨迹(每一条轨迹都表明一个先前未知粒子的短暂存在)是多样的、众多的，这让科学家们既惊讶又不解。他们甚至无法猜测这些亚原子粒子是什么。

默里·盖尔曼，1929出生于曼哈顿，是名副其实的神童。3岁时，他就能心算出大数的乘法运算；7岁的拼字比赛赢了12岁的孩子；8岁，智力堪比大部分大学生。然而，在学校，他感到无聊、烦躁，并患有严重的写作障碍。虽然他完成论文和研究项目报告很容易，但他很少完成。

尽管如此，他还是成功地从耶鲁大学毕业，并先后在麻省理工学院、芝加哥大学(为费米)和普林斯顿大学(为《奥本海默》)工作。24岁时，他决定集中精力研究气泡室图像中的奇怪粒子。通过气泡室图像，科学家可以估计每个粒子的大小、电荷、方向和速度，但无法确定它们的身份。到1958，近100个名字被用来识别和描述这些探测到的新粒子。

默里·盖尔曼认为，如果应用几个关于自然的基本概念，就有可能理解这些粒子。他首先假设自然是简单对称的。他还假设，像自然界中所有其他物质和力一样，这些亚原子粒子是守恒的(即质量、能量和电荷在碰撞中没有损失，而是保存了下来)。

在这些理论的指导下，盖尔曼开始对质子分裂过程中的反应进行分类和简化。他创造了一种新的测量方法，叫做“奇异度”。这个词是他从量子物理中引入的。奇点可以测量每个粒子的量子态。他还假设奇点在每一个反应中都存在。

盖尔曼发现他可以建立一个简单的质子分裂或合成的反应模式。但是有几个模式似乎不遵循守恒定律。然后他意识到，如果质子和中子不是固体物质，而是由三个更小的粒子组成，那么他可以让所有的碰撞反应都遵循简单的守恒定律。

经过两年的努力，盖尔曼证明了这些更小的粒子一定存在于质子和中子中。他将其命名为“k-works”，后缩写为“KWOKS”。不久后，他在詹姆斯·乔伊斯的著作中读到一句话“三夸克”，于是他将这种新粒子重新命名为夸克。

麻省理工学院(MIT)的Jerome Friedman，斯坦福直线加速器中心(SLAC)的Henry kendall和RichardTaylor，在1967到1973期间，在斯坦福利用当时最先进的两公里电子直线加速器进行质子和中子的深度非弹性散射的一系列开创性实验工作，获得了诺贝尔物理学奖。这说明人们终于在科学上认识到了夸克的存在。

加拿大人泰勒1950获得理学学士学位，1652获得硕士学位，1962获得斯坦福博士学位，1968获得斯坦福直线加速器中心副教授，1970获得教授。美国人弗里德曼1950在芝加哥大学。1953获得硕士学位，1956获得博士学位。1960来麻省理工学院任副教授，1967升任教授，1983-1988任研究所物理系系主任。美国人肯德尔出生于65438年。1954在麻省理工学院获得物理学博士学位，两年后从1967成为斯坦福大学副教授和麻省理工学院教授。

斯坦福直线加速器中心做的实验与e .卢瑟福验证核模型的实验类似。就像卢瑟福由于观察到大量α粒子的大角度散射而预言原子中存在原子核一样，斯坦福直线加速器中心通过大量电子的大角度散射证实了原子核结构中的点状成分，这是以前没有预料到的，现在理解为夸克。

盖尔曼在1964预言了夸克的存在，同时加州理工的G·茨威格也独立提出了这一预言。在斯坦福直线加速器中心麻省理工学院进行实验之前，没有人能拿出令人信服的动力学实验来证实质子和中子中存在夸克。当时的理论家并不清楚夸克在强子理论中的作用。正如Jowers C Jarlskog在诺贝尔颁奖典礼上向瑞典国王介绍获奖者时说的那样，“夸克假说在当时并不是唯一的假说。比如有一个叫‘核民主’的模型，认为任何粒子都不能称为基本单位，所有粒子都是同等基本的，互相构成。”

1962年，斯坦福开始建造能量为10-20 GeV的大型直线加速器。经过一系列改进，能量可以达到50GeV..两年后，斯坦福直线加速器中心主任W·帕诺夫斯基(W Panofsky)得到了几名年轻物理学家的支持，这些物理学家在他担任斯坦福高能物理实验室主任泰勒时曾与他共事。并担任了一个实验组的组长。不久，弗里德曼和肯德尔也加入了进来。那时他们是麻省理工学院的老师。他们一直在5GeV剑桥电子加速器上做电子散射实验，这是一个容量有限的回旋加速器。但是斯坦福会有一个20GeV的加速器。它可以产生“绝对强”的辐射束、高电流密度和外辐射束。加州理工学院的一个团队也加入了合作，他们的主要工作是比较电子-质子散射和正电子-质子散射。这意味着来自斯坦福直线加速器中心、麻省理工学院和加州理工学院的科学家组成了一个庞大的研究团队(这个团队被称为A组)。他们决定建造两台能谱仪。一个是8GeV的大型接受谱仪，一个是20GeV的小型接受谱仪。新设计的光谱仪与早期光谱仪的区别在于，它们在水平方向上逐点聚焦，而不是旧设备中的逐点聚焦。这种新的设计可以使散射角在水平方向散开，而动量在垂直方向散开。动量的测量可以达到0.65438±0%，散射角的精度可以达到0.3毫弧度。

当时的物理学主流认为质子没有点结构，所以他们预期散射截面会随着q2 (Q是转移到原子核的四维动量)的增大而迅速减小。换句话说，他们预期大角度散射很少，实验结果出乎意料的大。在实验中，他们使用了各种理论假设来估计计数率。这些假设都不包括组成粒子。一种假设使用了弹性散射中观察到的结构函数，但实验结果与理论计算相差一两个数量级。这是一个惊人的发现，人们不知道这意味着什么。世界上没有一个人(包括夸克的发明者和整个理论界)具体而准确地说:“寻找夸克，我相信它们在原子核里。”在这种情况下，斯坦福直线加速器中心的理论家Bjorcken提出了校准独立性的思想。他在斯坦福读研究生的时候，用L手完成了非弹性散射运动学的研究。Bjorcken在1965年2月回到斯坦福的时候，由于环境的影响，很自然的，他又开始了电子这门学科。他记得在1961年，他在斯坦福学术报告会上听L·希夫说，非弹性散射是一种研究质子中瞬时电荷分布的方法。这个理论显示了电子的非弹性散射如何给出原子核中中子和质子的动量分布。当时，盖尔曼将流代数引入场论。抛弃场论中的一些错误，保持流代数的互易关系，S. Adler用定域流代数导出了中微子反应的求和规则。Bjorcken为了计算结构函数对整体求和规则的积分，用流代数研究了高能电子和中微子的散射，花了两年时间。并找出结构函数的形状和大小。一般来说，结构函数W1和W2是两个变量的函数。这两个变量就是四维动量传递的平方q2和能量传递V. Bjorcken认为结构函数W2只取决于这些变量的无量纲比ω=2Mv/q2(M代表质子质量)，即vW2=F(ω)，这就是Bjorcken标度无关性。他用了很多平行的方法，其中最投机的是点结构。流代数的求和规则隐含了点结构，但不一定要求点结构。但根据这一建议，Bjorcken结合其他一些强相互作用概念如Reggie pole使求和规则收敛，自然获得了结构函数定标的独立性。

校准无关性提出后，很多人不相信。正如弗里德曼所说，“这些观点已经提出来了，我们并不完全确定。他是个年轻人，我们觉得他的想法很了不起。我们没想到会看到点结构，但他说的只是一大堆废话。”25438+0967和1968，深度非弹性散射的实验数据已经开始积累。当Kendall向Bjorcken展示一个全新的数据分析时，Bjorcken建议使用与规模无关的变量ω来分析这些数据。根据旧方法画出的图表，肯德尔说，“数据是分散的，就像鸡爪印布满了图表纸。当按照Bjorcken的方法(vW2 vs)处理数据时，它们以一种强有力的方式集中在一起。我记得巴尔默发现他的经验关系式时的感受——氢光谱的波长绝对精确拟合。”1968年8月，弗里德曼报告了第一个结果，帕诺夫斯基作为会议领导人，犹豫着提出了核点结构的可能性。

在从20GeV能谱仪收集到6和10散射的数据后，A组开始用8GeV能谱仪做18，26和34的散射。根据这些数据，发现第二结构函数W1也是单变量ω的函数，也就是说，它服从Bjorcken标度独立性。所有这些分析结果在今天仍然是独立的。结果的差异不超过65438±0%。从1970开始，实验人员用中子做了类似的散射实验。在这些实验中，他们用氢(质子)和氘(中子)交替测量一个小时，以减少系统误差。

早在1968年，加州理工学院的R. Feynman就已经认为强子是由更小的“部分子”组成的。同年8月访问斯坦福直线加速器中心时，他看到非弹性散射数据与比约肯标度无关。费曼认为部分子在高能相对论原子核中。

也就是说，结构函数与部分子的动量分布有关。这是一个简单的动态模型，也是比约肯观点的另一种表述。费曼的工作极大地刺激了理论工作，出现了几个新的理论。在C. Gllan和D. Gross得出W1和W2的比值R与部分子的自旋密切相关的结论后，斯坦福直线加速器中心-马萨诸塞州。

赫尔曼对夸克的要求排除了其他假设。中子数据分析清楚地表明中子产额不同于质子产额，这进一步否定了其他理论假说。

一年后，CERN重气泡室中中微子的非弹性散射，有力地扩展了斯坦福直线加速器中心的实验结果。为了考虑夸克之间的电磁相互作用和中微子之间的弱电相互作用的区别，斯坦福直线加速器中心进行了校准。

与斯坦福直线加速器中心的数据完全一致。夸克-夸克相互作用表现在后来的μ子深度非弹性散射、正负电子碰撞、质子-反质子碰撞和强子喷流中。这些都有力地证明了强子的夸克结构。

物理学花了几年时间才接受夸克，这主要是由于夸克的点结构和它们在强子中的强约束之间的矛盾。正如Jowers Kaug在诺贝尔奖颁奖典礼上所说，夸克理论不能完全唯一地解释实验结果。获得诺贝尔奖的实验表明质子也包含电中性结构。人们很快发现这就是“胶子”。在质子和其他粒子中，胶子将夸克粘合在一起。1973年，格罗、F .威尔切克和H D .里泽尔独立地发现了非阿贝尔规范场的渐近自由理论。这个理论认为，如果夸克之间的相互作用是由色规范胶子引起的，那么夸克之间的耦合在短距离内是对数减弱的。这个理论(后来被称为量子色动力学)可以很容易地解释斯坦福直线加速器中心的所有实验结果。此外，渐近自由的对立面和长距离耦合强度的增加(称为红外奴役)解释了夸克禁闭的机制。夸克之父盖尔曼在1972第十六届国际高能物理会议上说:“理论上不要求夸克在实验室中真正可测，但在这一点上它们可以像磁单极子一样存在于想象中。”总之，斯坦福直线加速器中心的非弹性电子散射实验显示了夸克的类点行为，这是量子色动力学的实验基础。