卢瑟福在1919年用阿尔法粒子轰击氮原子而探测出正电性的质子。实际上，质子就是宇宙中无处不在的氢原子核。但是，卢瑟福证实了质子是所有化学元素的组成单元。因为原子数与原子序数的差别，原子核里必然存在另一种电中性的粒子。1932年，查德威克在阿尔法粒子轰击铍靶的实验中发现了中子。这时，原子的基本结构就确立下来了。
海森堡注意到质子和中子极其相似。除了电性之外，中子的质量只比质子略微大千分之一左右。海森堡直觉地认为质子和中子是同一类核子的两个不同的量子态。他把决定核子状态的量子数称为同位旋。海森堡又认为质子和中子之间的强相互吸引作用依靠电子交换。但是电子不符合交换粒子的特征。1935年，汤川秀树通过强相互作用的力程估计出这个交换粒子的质量大约是电子质量的两百倍，而且寿命很短。他称这个粒子为介子，因为它的质量在电子和质子之间。按照这个约定，电子和中微子的质量很轻，就是轻子。质子质量级别的粒子就叫重子。直到二战后的1947年，汤川秀树预言的派介子在宇宙射线中被发现。派介子又会很快地由电磁作用衰变成双光子，或者由弱相互作用衰变成前面提到过的缪子加上缪子中微子。
在1949年，费米和杨振宁认为派介子是质子和中子以及它们的反粒子组成的。这样，它们的量子数都相吻合。但是，这个模型很快就不适用了。在接下来的二十年里，粒子物理学的研究和观测已经不只依靠天然粒子辐射和宇宙射线。粒子加速器可以提供高能的可控的撞击粒子源。布鲁克海文国家实验室的质子同步加速器在1952年就能将质子加速到三十亿电子伏特的能量，远远超过质子九亿电子伏特的静止质量。到1970年，有两百多种新粒子被发现。其中的大部分粒子都有可观的静止质量和很短的寿命。绝大多数都参与强相互作用。现在，我们把参与强相互作用的粒子称为强子。它包括重子和介子。这些新粒子中还有一类奇异粒子。它们在强相互作用下经常成对地产生，然后又各自通过弱相互作用衰变成普通的粒子。前面提到的宇称不守恒的K介子就是一种奇异粒子。这些奇异粒子可以用一个奇异量子数来描述。费米-杨模型在奇异数上不成立。如何对这些大量的新粒子有个统一的认识自然成为粒子物理学的一个首要问题。
1955年，坂田昌一提出一个以质子，中子，和一个奇异重子为基本粒子的模型。坂田模型可以解释介子，事实上还成功预言了一个新的介子。但是模型无法包容当时已知的所有重子。不久之后，盖尔曼沿着坂田昌一对称性模型的思路进行深入的研究。盖尔曼神童出身，是一个跨越语言，文学，历史，考古，生物钟，和物理的通才。他和费曼同在加州理工学院工作。两人都无比傲骄，据说从来不同时出现在同一个学术讲座。王不见王，似乎应了泡利不相容原理。但是两人私下的关系和交往还很不错。盖尔曼就粒子的量子数等特性对粒子进行分类和总结。他的工作和成就不亚于门捷列夫建立化学元素周期表。盖尔曼发现强子（介子和重子）在同位旋和奇异数空间的对称关系，介子的八重态和重子的八重态和十重态。根据粒子之间的对称性和规律，盖尔曼预言一个未知的欧米伽粒子。不久，克鲁克海文实验室在预定的能量上找到了这个粒子。
盖尔曼接着又大胆地提出一个新模型，将这些强子还原到更基本的粒子。盖尔曼称它们为夸克。盖尔曼认为世界上存在三种夸克，上夸克，下夸克，和奇夸克。介子由一个夸克和反夸克组成。重子由三个夸克组成，比如质子包含两个上夸克和一个下夸克，中子包含一个上夸克和两个下夸克。同位旋代表上夸克和下夸克的对称性。奇异粒子的奇异数来自奇夸克。夸克的自旋都是1/2，所以是费米子。但是夸克具有+2/3e或者-1/3e的诡异分数电荷。1968年，在斯坦福直线加速器里进行的高能电子撞击质子的实验揭示质子内部有精细结构，是一个复合粒子。1974年，丁肇中和里克特分别观测到一种新的介子，由一种新的粲夸克和其反夸克组成。以后又有两种夸克被发现。现在我们通常认为世界存在有六种夸克。他们分别是上夸克，下夸克，粲夸克，奇夸克，顶夸克，和底夸克。在上个世纪的六十年代，人们在清理众多的粒子的同时，也开始了对粒子和相互作用的统一之路。
--写于2022年7月27日（图片来自网络）
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