怎么知道质子和中子是由夸克组成的？

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简介：这个问题涉及的内容巨多——从原子到原子核，从原子核到质子中子再到夸克，物质的构成被一层一层揭开。对于这个问题的回答，可以说就是粒子物理和量子场论的（部分）发展史了，而且也有很多前置知识，内容很多，但也很有趣，请耐心听我道来。1、原子核、质子和中子虽然原子的概念在很早之前就被提出了，但是对现代物理中原子的认识，人们一直到20世纪初才有进展。1911年，新西兰物理学家欧内斯特·卢瑟福为了

书名：怎么知道质子和中子是由夸克组成的？

作者：佚名

来源：回答

这个问题涉及的内容巨多——从原子到原子核，从原子核到质子中子再到夸克，物质的构成被一层一层揭开。

对于这个问题的回答，可以说就是粒子物理和量子场论的（部分）发展史了，而且也有很多前置知识，内容很多，但也很有趣，请耐心听我道来。

1、原子核、质子和中子

虽然原子的概念在很早之前就被提出了，但是对现代物理中原子的认识，人们一直到20世纪初才有进展。

1911年，新西兰物理学家欧内斯特·卢瑟福为了验证原子的结构，做了著名的卢瑟福金箔实验[1]：

他用α粒子（其实就是氦原子核）轰击金箔，发现了大角度散射现象，由此提出了卢瑟福原子模型，即原子中存在一个非常小的核心（原子核），具有正电荷Ze，原子的大部分质量都在原子核上，然后有Z个带负电的电子绕原子核运动。

图1：卢瑟福金箔实验与卢瑟福原子模型

到了1917年，卢瑟福又把α粒子打到空气中（空气中主要都是氮气，因此最多的元素是氮元素），他发现空气会射出一个新的粒子，这个粒子的性质和氢原子核的性质一致，也带正电。

到了1925年的时候，卢瑟福才正确地理解了这个过程，这实际上也是第一个被报道的核反应，他实现了人类历史以来第一次人工核反应：

^{14}N+alpharightarrow^{17}O+p

即氮原子核捕获一个氦原子核，释放出一个质子后，变为氧原子核。

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