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因此，夸克禀性奇特，它们只群居而形成“强子”，从不单独存在。虽然夸克带有分数电荷，但强子的电荷总是整数；虽然夸克带有颜色，但强子却是“无色”。
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强相互作用是4种相互作用中最强的，但我们平时却感觉不到它，因为它和弱作用一样，都属于短程作用力。它比弱作用稍微长一点点，在10-15m的范围内，在它的作用范围以外，强相互作用为零。
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我们在本书“第四章4．粒子家族大爆炸”一节中介绍过盖尔曼的夸克理论，夸克具有SU（3）对称性，因此，类似于电磁及弱作用的SU（2）×U（1）规范理论，量子色动力学应该可以建立在基于SU（3）对称性的规范理论基础之上。如此而建立的规范理论，是非阿贝尔的杨—米尔斯SU（2）规范理论的推广，没有本质上的区别，因而我们不予详细介绍，只给出部分结论。
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根据规范场论的局域对称不变性的要求，SU（3）群有8个生成元，因而将为强相互作用引入8个规范场。它们相对应的中间传递子，便称之为8个“胶子”。这个名字意味着，强作用像“胶”一样把夸克粘在一起！
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事实上也是如此，胶子使夸克束缚在一起形成“强子”，强子中的夸克疯狂地交换胶子，产生很大的束缚能量。胶子的静止质量为零，质子质量的绝大部分是来自于胶子交换产生的束缚能，只有大约5％是来自于夸克静止质量之和。
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胶子某些方面有点像光子，它的自旋为1，质量为0，以光速运动。光子是电荷间的传递子，胶子是色荷间的传递子，但胶子与光子有一个根本的不同，光子本身不带电荷，胶子却带有色荷。这就是说，光子只传递电磁力，自己并不参与；而胶子不仅传递强作用，自己也参与强作用。
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虽然夸克和胶子都带“色荷”，但它们组成的“强子”都不带“色荷”，是色中性的。强作用有许多有别于其他三种相互作用的独特之处，最重要的两个特点是：夸克禁闭和渐近自由。
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夸克总是和别的夸克囚禁在一起而形成色中性的强子，人们从来没有观测到单独的、孤立的夸克，这叫做“夸克禁闭”，就像是几个夸克被关在一个笼子里，见图5-6-2。
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图5-6-2 渐近自由和夸克禁闭
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也许读者会问：既然每个质子、中子或介子看起来都是“色中性”，即白色的，那它们之间又哪来的强相互作用力呢？的确是这样，强子之间的强作用不是直接的强相互作用，而是一种“残留强作用力”，是由于夸克束缚为强子时疯狂交换胶子而形成的强作用力的残留量，因此其作用力大小比夸克之间的束缚作用力要小很多，并且直接的强作用力不会因距离增加而变小，但残留强作用力会随距离的增加而快速减小。正是这种残留强作用力，抵消了同种电荷间的电磁斥力而维持了原子核的稳定性。
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人们从来没有观察到单独存在的夸克，这一直使物理学家困惑。为什么没有观察到夸克呢？根据夸克模型，质子和中子等由3个夸克构成，介子由两个夸克构成。在现代的高能加速器中，分裂质子、介子等粒子并不困难，但分裂来分裂去的结果总是得到其他种类的强子，从来得不到单独的夸克。物理上无法得到某粒子的可能性之一是这种粒子“很重”，质量特别大，大到超过我们现有的加速器能够达到的能量极限。夸克显然不属于这种情况，因为它的质量大约只有质子质量的1％。
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夸克不能被“看到”的状况有些类似于想要得到磁单极的努力。众所周知，任何磁铁都包含一个南极和一个北极。如果从中间将磁体一分为二，就会得到两个磁体，每个都有南极和北极，绝不会得到单独的南极或者北极。尽管用我们现有的技术得不到磁单极，但我们大概明白这个现象的原因。那是因为在我们的世界中，存在电荷但不存在磁荷，磁现象是作为描述电荷的运动而引进的。然而，这种说法也难以用来解释夸克的情形。
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有趣的是，夸克被三三两两地关在“质子”“介子”这种锁得紧紧的笼子里，远处看起来像囚犯一样，但是笼子里的夸克却很自由，像是没有感受到束缚的自由粒子，这就是所谓的“渐近自由”，是指在强作用的力程范围之内，夸克受到的力很小，运动自如。因为在力程范围内，强作用随距离的增加而增加，随距离的减小而减小。这个特点与通常所见的弹簧类似。弹簧就是拉得越长，回复的力量越大，见图5-6-3。
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图5-6-3 磁极、夸克禁闭、弹簧模型
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强相互作用“渐近自由”的特性被好几位物理学家发现，但认真进行研究的是20世纪70年代初的2名研究生。一位是哈佛大学的波利则（D．Politzer），是盖尔曼的学生的学生。另一位是普林斯顿的维尔切科（F．Wilczek），他和导师格罗斯（D．Gross）一起研究这个问题。因此，之后这三位物理学家因为此项研究的成功而共同分享了2004年的诺贝尔物理学奖。
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实际上，“渐近自由”是杨－米尔斯规范理论的性质，但只在强作用中有明显表现。
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渐近自由和夸克禁闭，强作用的这两种特性在本质上联系在一起。夸克禁闭及渐近自由可以从图5-6-2来定性理解。胶子如弹簧（或橡皮筋）般地将夸克拉住。夸克之间距离越近，弹簧就越松弛，使夸克越自由。而距离一旦变远，便会被弹簧强力拉回。如果有足够大的能量，橡皮筋是可以被拉断的。但是，夸克的情况有所不同，拉断夸克之间的“橡皮筋”所需的能量太大了，大大地大于制造两个新夸克所需要的能量。我们之前说过，夸克质量大概只有质子质量的1％，“橡皮筋”（胶子）的束缚能占了质子质量的90％以上。因此可以说，拉断皮筋所需能量至少是制造新夸克需要能量的好几十倍。结果会怎么样呢？橡皮筋似乎拉断了，但是橡皮筋的末端制造出了两个新的夸克，就像图5-6-3所描述的情况。所以我们得到的最终结果并不是单独的夸克和反夸克，而是两个新的强子。
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(1) 1GeV＝1.6×10-10J
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 [:1700970787]
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 第六篇 大爆炸、统一论及其他
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