與許多現(xiàn)代物理學一樣，這個故事始于維爾納·海森堡，他的頓悟催生了量子力學。在某個時候，海森堡將他的非凡智慧轉(zhuǎn)向了新發(fā)現(xiàn)的中子，他懷疑它與質(zhì)子的相似性：質(zhì)子和中子是原子核中的“雙胞胎”，它們的質(zhì)量相差甚微，數(shù)量也都差不多，唯一的主要區(qū)別是電荷。海森堡想知道這兩個粒子是否只是他稱為核子的單個粒子的不同狀態(tài)。

這個謎團后來被物理學家西島和彥和蓋爾曼獨立解決了。凝視粒子動物園的深處，他們注意到了另一種模式：似乎有一個粒子家族，它們只能成對產(chǎn)生，這類似于電子和正電子成對出現(xiàn)以保持電荷守恒。但這些新粒子這樣做并不是為了電荷、同位旋或其他已知特性的守恒，它暗示了一個全新的守恒量，這是非常奇怪的。

最先注意到這一點的是蓋爾曼，根據(jù)粒子的同位旋和超荷繪制粒子會顯示出奇特的幾何圖案。例如，一些八個粒子的組合會形成六邊形，而一組十個粒子形成一個三角形，但缺少底角。這種缺失沒什么大不了的，蓋爾曼假設(shè)它是一個尚未發(fā)現(xiàn)的重粒子：Ω重子，它具有正確的同位旋和超荷來填補缺失，這有點像利用元素周期表的規(guī)律來預測尚未發(fā)現(xiàn)的元素。當Ω被實驗物理學家發(fā)現(xiàn)時，蓋爾曼獲得了諾貝爾物理學獎。

同位旋和超荷似乎比電荷更基礎(chǔ)，這兩個新屬性之間的幾何關(guān)系暗示可能還存在更深層次的物理學。再一次，蓋爾曼發(fā)現(xiàn)了這一點。他認識到，這些模式實際上是被稱為SU(3)的數(shù)學對稱性的表示。不幸的是，我們無法在這里探討對稱群的細節(jié)。但簡而言之，蓋爾曼意識到，如果核子本身不是基本粒子，而是由更小的成分組成，他就能理解幾何對稱性了，而這個更小的成分被他稱為夸克。

電荷的秘密實際上隱藏在最后、最模糊的量子力——弱力中，我們需要考慮它的兩個最奇怪的屬性。首先，弱力可以將粒子轉(zhuǎn)化為其他粒子，這是其他力所無法做到的。其次，它只適用于左手性的粒子，這正是它與量子自旋聯(lián)系在一起的原因。

量子自旋的一個后果就是這種稱為手性的東西，它是自旋在粒子移動方向上的投影。如果粒子的自旋相對于它們的動量矢量是順時針的，則粒子可以具有右手手性，反之則是左手手性。只有具有左手手性的粒子才能感受到弱力，例如電子同時具有右手和左手手性，只有左手手性可以發(fā)射出一種弱力載體粒子——W玻色子，并在此過程中轉(zhuǎn)化為中微子。

奇怪的是，弱同位旋和弱超荷的混合方式與蓋爾曼對這些量的版本完全相同。也就是說，電荷等于弱同位旋加上一般的弱超荷。而且我們知道這些弱版本的同位旋和超荷一定是最基本的，因為它們是基本粒子的特性，不能分解成更小的碎片。同樣的原理也適用于夸克所攜帶的電荷。摘自: www.ws46.com