目前最小的粒子夸克，是如何被觀察到，顯微鏡還是純理論推算出來的？

01-11

我是物理外行，好奇問下。還有，包括更大的粒子，比如原子等可以通過顯微鏡看到嗎

夸克是理論推算出來的。

普通光學顯微鏡只能看到細胞核級別。可見光照明的顯微鏡解析度極限0.2μm。

普通電子顯微鏡（SEM）解析度極限在0.2nm左右。這個解析度級別剛好達到原子尺度。

掃描隧道顯微鏡（STM）及其衍生的掃描探針顯微鏡（SPM）在平行和垂直於樣品表面方向的解析度分別可達0.1nm和0.01nm。可以分辨單個原子。//感謝@趙永峰學長給予指正！！

夸克有一叫做「色禁閉」的特性，因此不能被單獨分離出來也不能被直接觀測。

科學史上，夸克的發現過程是這樣的：

19世紀接近尾聲的時候，瑪麗·居里打開了原子的大門，證明原子不是物質的最小粒子。很快科學家就發現了兩種亞原子粒子：電子和質子。1932年，詹姆斯·查德威克發現了中子，這次科學家們又認為發現了最小粒子。
20世紀30年代中期發明了粒子加速器，科學家們能夠把中子打碎成質子，把質子打碎成為更重的核子，觀察碰撞到底能產生什麼。20世紀50年代，唐納德·格拉澤（Donald Glaser）發明了「氣泡室」，將亞原子粒子加速到接近光速，然後拋出這個充滿氫氣的低壓氣泡室。這些粒子碰撞到質子（氫原子核）後，質子分裂為一群陌生的新粒子。這些粒子從碰撞點擴散時，都會留下一個極其微小的氣泡，暴露了它們的蹤跡。科學家無法看到粒子本身，卻可以看到這些氣泡的蹤跡。
默里·蓋爾曼認為，如果應用關於自然的幾種基本概念，就可能會弄清楚這些粒子。他先假定自然是簡單、對稱的。他還假定像所有其他自然界中的物質和力一樣，這些亞原子粒子是守恆的（即質量、能量和電荷在碰撞中沒有丟失，而是保存了下來）。
用這些理論作指導，蓋爾曼開始對質子分裂時的反應進行分類和簡化處理。他創造了一種新的測量方法，稱為「奇異性（strangeness）」。這個詞是他從量子物理學引入的。奇異性可以測量到每個粒子的量子態。他還假設奇異性在每次反應中都被保存了下來。
蓋爾曼發現自己可以建立起質子分裂或者合成的簡單反應模式。但是有幾個模式似乎並不遵循守恆定律。之後他意識到如果質子和中子不是固態物質，而是由3個更小的粒子構成，那麼他就可以使所有的碰撞反應都遵循簡單的守恆定律了。
經過兩年的努力，蓋爾曼證明了這些更小的粒子肯定存在於質子和中子中。他將之命名為「k-works」，後來縮寫為「kworks」。之後不久，他在詹姆斯·喬伊斯（James Joyce）的作品中讀到一句「三聲夸克（three quarks）」，於是將這種新粒子更名為夸克（quark）。

=============update 05.30.13=================

英國《每日郵報》27日報道荷蘭一組科學家採用特殊方法拍攝到了原子內部結構照片（Atom pictures: Never-before-seen images of inside the atom are revealed after Dutch scientists do the impossible and photograph inside a hydrogen particle）。不過雖說如此，你仍然甭想直接拍到夸克。

夸克真的存在嗎？為什麼？

如果能量足夠,電子和質子可能撞在一起嗎?

用深度非彈性散射（DIS）和深度虛康普頓散射（DVCS）研究質子的內部結構 —— 能量越大看到的質子的內部結構越清晰。電子是個點粒子，迄今未發現它有內部結構，而質子是個複合粒子，半徑約 $10^{-15}$ 米。高能量的電子的德布羅意波長很短，因此能看清楚質子內部結構。

由於每個夸克帶有顏色（red, green,blue),每個反夸克帶有相反的顏色（anti-red,anti-green,anti-blue),色緊閉原理告訴我們：只有Color Singlet可以被觀測到。

我們可以用兩種思路得到Color Singlet：第一種，使某種顏色與其反顏色結合，如：Red 與 Anti-red。這種方式我們用到了一個夸克與一個反夸克（如紅色的Up夸克與反紅色的anti-down夸克結合），也就得到了Meson（介子）。第二種，是三個顏色或三個反顏色結合，如：Red+Green+Blue。這種方式我們用到了三個夸克或者三個反夸克，也就得到了Baryon（重子）。最常見的重子就是質子與中子。

僅有這兩種由夸克得到Color Singlet的組合方式告訴我們：現行假說下，不可能出現由兩個夸克+一個反夸克或兩個反夸克等形成的粒子。當然，我們耳熟能詳的粒子也有不是由夸克組成的：如電子，光子等。

那麼我們如何知道夸克的存在呢？如上述匿名用戶所言，我們用具有很高動量的電子與質子進行散射。這裡面，電子充當的角色就像是在電場里的試探電荷一樣：通過電場里的試探電荷的受力我們知道了電場強度，而且我們並不希望試探電荷的存在影響電場的分布。那麼我們如果希望證明夸克的存在，一定會選用一個含有夸克的粒子當作「電場」—我們選用了質子。我們也要選用一個能進入到質子內部，盡量不要影響質子構造的粒子當作「試探電荷」—我們選用了很高動量的電子。

分析這個反應的過程和結果則顯得頗為冗雜。簡而言之是我們引入了新的Dimensionless Structure Function（結構函數F），發現在不同的Intermediate Scaling Variable （X）範圍內，F隨著能量的變化，基本保持不變。這給我們暗示：在質子內部，仍然存在著Point-like constituents （這就是3個夸克）。

故事到這裡還沒有結束。真空中尚有永不停息的Fluctuation，質子內部也並不僅僅有三個夸克，還有一些代表夸克間相互反應的Gluons（膠子）,偶爾的出現與湮滅的夸克對等等。

希望對理解夸克有幫助。如果有表述混亂或者邏輯不清，太含混的地方歡迎討論與指正。

大型加速器，散射實驗，收集散射出來的粒子信號；

建立模型，解釋這些信號；

基本單元是夸克的話，可以解釋。

靠的是數據支持。

微觀粒子可不像警察抓人一樣，抓到後拍照、驗指紋。

只能是通過理論推測出來，然後通過儀器捕捉到的數據來證明它是否符合預言。

當然，數據也不會告訴你確實發現了「它」，因為干擾因素太多，數據只能告訴大家，這些數據是多麼的符合你所預言的東西。並不能毫無疑問的確定。

對撞機, 數據和理論

不能用顯微鏡看到，但也不是純理論推算。

因為除了看到物體本身，還可以看到痕迹，有痕迹就可以證明確切的存在。

就像黑洞，我們看不到，但是我們知道它在那裡。

夸克理論，只是夸夸其談、刻意構造的學說，在於它的基礎經典原子模型結構有重大缺陷。

經典原子模型，是依據盧瑟夫的阿爾法粒子散射實驗結論建立的，實驗結論是原子中心集中原子絕大部質量，這個結論又是依據阿爾法粒子大偏向而得出中心有絕大部分質量。

然後阿爾法粒子大偏向，與原子中心有大質量結構無正邏輯關係。於是這個結論是有邏輯缺陷的。

這個原子模型帶來的問題很多，比如說說不清電荷是什麼東西，說不清正負電荷成因，說不清原子空間同一軌道上的眾電子相互作用對軌道的干擾等等。

http://en.wikipedia.org/wiki/Color_confinement.

理論推測的

這是孔徑光柵顯微鏡拍攝的指紋玻片原子視頻，孔徑光柵顯微鏡分辨原子它與隧道掃描顯微鏡探測原子的探針差不多，只不過把探針換成直射的光線來照射樣本表面，這是原理不同，一個「隧穿效應」，另一個「原子光譜效應」。

原子光譜是由原子中的電子在能量變化時所發射或吸收的一系列波長的光所組成的光譜；又分發射光譜和吸收光譜。原子中的電子可處於許多不同的運動狀態，每一狀態都具有一定能量，在一定條件下，分布在各個能級上的原子數是一定的，大多數原子都處於能量最低的狀態，即基態，許多原子可以由能量較低的狀態躍遷到能量較高的狀態，這稱為激發態。當一束白光照射（激發光）在樣本表面時，則物質中的原子將吸收其中某些頻率的光而從低能級躍遷到高能級，樣本表面從基態躍遷到激發態，不斷地激發原子中的電子躍遷，從而發光形成原子光譜，再經過孔徑光柵成像。

原子光譜給出了原子中的能級分布，能級間的躍遷幾率大小的信息，是原子結構的反映，是由結構決定的。光譜與結構之間存在著一一對應的內在聯繫。原子光譜是研究原子結構的重要方法，也可用來進行定性、定量分析。通過觀察樣本表面，原子的電子是空心圓形的波，原子核像實心球。原子中電子就像平靜水面丟個石子，泛起漣漪，原子中的電子就水波紋一樣以小促大向四周做無窮大運動。當高能量激發態可以躍遷到較低能態而發射光子，反之，較低能態可以吸收光子躍遷到較高激發態，發射或吸收光子的各頻率構成發射譜或吸收譜，也促使原子中的電子運動狀態不斷發生變化，周而復始。

我認為有最小粒子這點就是個笑話,只能說目前的科技能發現的最小物質機構