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美國費米實驗室已正式宣佈，發現物質組成中第6種、也是最後一種誇剋（quark）——頂誇剋（topquark）。這項物理學上的重大發現，證實粒子物理理論模型，也讓科學家藉以瞭解頂誇剋性質、瞭解大自然和物質的起源。至於這項發現是不是會像發現質子、中子，對人類生活産生重大影響，仍有待觀察。
誇剋是比質子、中子更微小的物質組成基本粒子。在60年代以前，物理學界認為質子、中子是最小的物質組成粒子。
不過，1963年美國物理學家蓋爾曼、茲維格提出物質組成的新理論，主張當時科學家所認知構成物質的最小粒子中子、質子等，是由更基本的粒子“誇剋”所構成，並提出三種誇剋，分別命名為上誇剋、下誇剋、奇誇剋，例如，質子是由兩個上誇剋與一個下誇剋及膠質組成。唯有在粒子物理學家建構的實驗室中，才能感覺到誇剋的存在。誇剋構成質子、中子，而質子、中子又存在於我們周圍每一種物質小，但是誇剋並不會自然、獨立存在於自然界中。
當粒子（電子或質子）以極高的速度（接近光速）發生碰撞時，纔有可能産生“誇剋”這樣的基本粒子。而且由於碰撞産生的誇剋能量相當高，它很快就會衰變成其他物質。因此，衹有在實驗室中，以粒子加速器將電子或質子加速，並使它們在高速下發生碰撞，同時以極精密的儀器進行測量，才能推論出誇剋的存在。經由實驗觀測與理論推算，科學家認為誇剋應該有6種。科學儀器的改進，幫助科學家發現其他的誇剋。因為，粒子加速器能量不斷提升，測量儀器功能不斷改善，粒子碰撞瞬間的速度、能量愈大，測量儀器愈精密，也愈容易捕捉到瞬間即逝的信號，則産生新粒子的可能性愈高。
1963年後，科學家陸續發現第4、5種誇剋，其中“粲誇剋”是由華裔科學家丁肇中領導的研究群在1974年發現。3年後，李德曼領導的研究群又證實“底誇剋”的存在。尋找最後一種誇剋，便是19年來粒子物理學家努力的方向，衹有證實頂誇剋的存在，粒子物理學理論才能獲得驗證。頂誇剋的質量超過科學家的推測。頂誇剋的質量大約是質子質量的200倍，依照相對論的質量與能量轉換公式，以質子對撞方式産生頂誇剋，必須使質子以極高的速度運動，速度愈快、能量愈高，碰撞的瞬間才能産生頂誇剋。
費米實驗室的加速器周長有6.3km，使用1000個超導磁鐵，把質子與反質子加速到各具有九千億電子伏特的能量後，進行對撞，平均要1兆次的對撞纔可能觀察到1次頂誇剋。
頂誇剋出現後，“隨即”消失。實驗顯示，頂誇剋出現後，便在1×10-24s（觀察者還來不及眨眼的瞬間）衰變成其他粒子。
頂誇剋的發現，驗證了粒子物理的理論模型，但是一般人既感覺不到它的存在，也不會因為它的發現生活立刻受到影響，不過，類似的粒子物理學基礎研究有初步成果發表時，實用價值往往並不明顯，但絶對具有極高的學術價值。例如，科學家在原子核內發現質子、中子時，也不能預知後來會利用核分裂、核融合來産生能量。
參與這項研究的華裔高能物理學家葉恭平說：“宇宙剛開始瞬間，衹是基本粒子存在的狀態，找齊6種誇剋等基本粒子，將可以協助科學家回溯宇宙的初始階段。因此，可以知道宇宙由過去到未來的演化歷程。” |
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| 頂誇剋(Top quark)，是基本粒子之一，屬於費米子中的第三代誇剋，也是已知最重的粒子，質量達到171GeV(與鋨原子相當)，電荷為+2/3，壽命極短，在1E-24s內衰變成其他粒子。2007年1月30日發現於美國費米實驗室。 |
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美國費米實驗室已正式宣佈，發現物質組成中第6種、也是最後一種誇剋（Quark）——頂誇剋（TopQuark）。這項物理學上的重大發現，證實粒子物理理論模型，也讓科學家藉以瞭解頂誇剋性質、瞭解大自然和物質的起源。至於這項發現是不是會像發現質子、中子，對人類生活産生重大影響，仍有待觀察。
誇剋是比質子、中子更微小的物質組成基本粒子。在60年代以前，物理學界認為質子、中子是最小的物質組成粒子。
不過，1963年美國物理學家蓋爾曼、茲維格提出物質組成的新理論，主張當時科學家所認知構成物質的最小粒子中子、質子等，是由更基本的粒子“誇剋”所構成，並提出三種誇剋，分別命名為上誇剋、下誇剋、奇誇剋，例如，質子是由兩個上誇剋與一個下誇剋及膠質組成。唯有在粒子物理學家建構的實驗室中，才能感覺到誇剋的存在。誇剋構成質子、中子，而質子、中子又存在於我們周圍每一種物質中，但是誇剋並不會自然、獨立存在於自然界中。
當粒子（電子或質子）以極高的速度（接近光速）發生碰撞時，纔有可能産生“誇剋”這樣的基本粒子。而且由於碰撞産生的誇剋能量相當高，它很快就會衰變成其他物質。因此，衹有在實驗室中，以粒子加速器將電子或質子加速，並使它們在高速下發生碰撞，同時以極精密的儀器進行測量，才能推論出誇剋的存在。經由實驗觀測與理論推算，科學家認為誇剋應該有6種。科學儀器的改進，幫助科學家發現其他的誇剋。因為，粒子加速器能量不斷提升，測量儀器功能不斷改善，粒子碰撞瞬間的速度、能量愈大，測量儀器愈精密，也愈容易捕捉到瞬間即逝的信號，則産生新粒子的可能性愈高。
1963年後，科學家陸續發現第4、5種誇剋，其中“粲誇剋”是由華裔科學家丁肇中領導的研究群在1974年發現。3年後，李德曼領導的研究群又證實“底誇剋”的存在。尋找最後一種誇剋，便是19年來粒子物理學家努力的方向，衹有證實頂誇剋的存在，粒子物理學理論才能獲得驗證。頂誇剋的質量超過科學家的推測。頂誇剋的質量大約是質子質量的200倍，依照相對論的質量與能量轉換公式，以質子對撞方式産生頂誇剋，必須使質子以極高的速度運動。速度愈快、能量愈高，碰撞的瞬間産生頂誇剋可能性越大。
費米實驗室的加速器周長有6.3km，使用1000個超導磁鐵，把質子與反質子加速到各具有九千億電子伏特的能量後，進行對撞，平均要1兆次的對撞纔可能觀察到1次頂誇剋。
頂誇剋出現後，“隨即”消失。實驗顯示，頂誇剋出現後，便在1×10-24s（觀察者還來不及眨眼的瞬間）衰變成其他粒子。
頂誇剋的發現，驗證了粒子物理的理論模型，但是一般人既感覺不到它的存在，也不會因為它的發現生活立刻受到影響，不過，類似的粒子物理學基礎研究有初步成果發表時，實用價值往往並不明顯，但絶對具有極高的學術價值。例如，科學家在原子核內發現質子、中子時，也不能預知後來會利用核分裂、核聚合來産生能量。
參與這項研究的華裔高能物理學家葉恭平說：“宇宙剛開始瞬間，衹是基本粒子存在的狀態，找齊6種誇剋等基本粒子，將可以協助科學家回溯宇宙的初始階段。因此，可以知道宇宙由過去到未來的演化歷程。”
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年蓋爾曼提出了誇剋模型，認為介子是由誇剋和反誇剋所組成，重子是由三個誇剋組成。他因此獲1969年物理奬。
當今人們認識的物質結構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，質子和中子是由什麽構成的呢？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——誇剋。而這名稱還真的就這麽叫上了。強子是由誇剋構成的。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麽好理解。基本粒子是否就是誇剋？難道誇剋也是復合體嗎？我們一會兒再來討論這個問題。
誇剋以兩種構型附着在一起。一種構型是兩個誇剋附在一起，另一種構型是三個誇剋附在一起。兩個誇剋在一起就構成了介子，三個誇剋在一起就構成了重子。誇剋也有量子能級。能夠通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誇剋結合的受激狀態。
為瞭解釋所有已知的強子，就必須設想誇剋不止一種。在20世紀70年代初，人們設想有三種“味道”的誇剋。這三種誇剋被異想天開地稱作“上”、“下”、“奇”。後來，出現了更多的強子，又多出了第四種誇剋，即“粲”誇剋。近來，出現了更多的粒子，人們認為還得有另外兩種誇剋：“頂”誇剋和“底”誇剋。現在，很多種粒子作用都可以藉助詳細的誇剋計算獲得係統的瞭解。
誇剋理論的基本預設是，誇剋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，誇剋頗象輕子，因為輕子不是由誇剋組成的，它們本身似乎就是基本粒子。事實上，誇剋和輕子之間有着自然的對應，使人們獲得意想不到的機會得以洞見大自然的運作。誇剋和輕子之間的係統聯繫見下面的表1。表右邊一欄是誇剋的味道，左邊是已知的所有輕子。要記住，輕子感受到的是弱力，而誇剋感受到的是強力。輕子和誇剋之間還有一個區別是，輕子或是不帶電，或是衹帶1個單位的電荷；而誇剋則帶3分之1或3分之2單位的電荷。
儘管輕子與誇剋有着如許的差別，但二者之間存在着深刻的數學對稱，使輕子和誇剋在上面的圖表中有了逐層面的對應。第一個層面衹有四種粒子：上、下誇剋、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個的誇剋組成的，而電子衹是充任構成物質的一種亞原子粒子。中微子衹是跑進宇宙裏，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，衹要有這四種粒子，宇宙就不會有多大變化。
亞原子粒子可分為兩大類：輕子和誇剋。誇剋沒有被發現單獨存在，而是兩個或三個地在一起。誇剋的電荷是分數的。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層面的簡單復製，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復製，衹不過較重而已。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。
於是就必然産生這樣的問題：層面Ⅰ之外的其他粒子有什麽用處呢？為什麽大自然需要它們？在形成宇宙的過程中，它們扮演了什麽角色？它們是多餘的贅物？或者，它們是某種神秘的、現在尚未完全明了的過程的一部分？更為令人不解的問題是，隨着將來能量越來越高的粒子加速器的出現，是否也衹有這三個層面的粒子？是否會發現更多的或無窮多的層面？
還有一種復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衝突，我們必須設想每一種味道的誇剋實際上有三種不同的形式，即人們所說的“顔色”。任何一個給定的誇剋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”、“緑”、“藍”的顔色。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綫索：力。不管粒子動物園有多麽紛壇復雜，其中看來衹有四種基本的力：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復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，就是六種誇剋相互作用的合力。誇剋之間的力纔是基本力。可以用描述電磁場的方式描述誇剋之間的力，而誇剋的色就相當於電荷。質子的對應物是所謂的“膠子”，其作用就是像訪使那樣，不斷地在誇剋之間來回跳動，將誇剋膠結在一起。物理學家們仿照電動力學，把這種由“顔色”産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復雜。這有兩個原因。第一，誇剋有三色，而電荷卻衹有一種，於是，與一種光子相對應的就是八種不同的膠子。第二，膠子也有顔色，因而彼此也有很強的相互作用，而光子不帶電荷，彼此間又是那麽不相幹。 |