在很多人的認知中，微觀世界就是由一個個的「球」所組成的。

原子是個球，它的中心是原子核，周圍環繞著電子。在原子核內有兩個東西，一個是質子，一個是中子，質子是一個球，中子也是一個球，而在質子這個球中住著三個東西，兩個上夸克和一個下夸克。這種認知并沒有錯，因為高中物理老師就是如此向我們描述的，這種描述讓紛繁復雜的微觀世界變得直觀而簡單，使我們更容易理解，但簡單也有后遺癥，那就是失真，而真實的微觀世界比我們所知的復雜得多，質子并不是一個球，里面也不止三個夸克。

質子由三個夸克組成，這種說法最早來自于物理學家蓋爾曼和茨威格在1964年所提出的假設，而這個假設不久之后就得到了證實。

1967年，斯坦福直線加速器中心的研究人員通過發射電子來轟擊質子，結果發現電子會從質子的類點碎片反彈回來，而這個「類點碎片」 實際上就是夸克。之后，研究人員又發現，發射電子的強度會影響到電子撞擊質子之后的反彈方式，通過大量的數據對比和分析之后，最終確認了夸克在質子內部以不同的動量搖擺。

在反復的碰撞實驗之后，科學家們發現質子的動量主要集中在幾個夸克中，而這些受到碰撞的夸克攜帶了質子總動量的三分之一，這一結論與蓋爾曼和茨威格的假設實現了吻合，質子似乎的確是由三個夸克所構成的。

在蓋爾曼和茨威格的假設中，微觀世界不僅簡單，而且還十分有序，每個上夸克帶有2/3個正電荷，而下夸克帶有1/3個負電荷，所以質子的總電荷為+1。這個假設看起來十分簡明，但卻與事實并不相符。

粒子具有一種內稟性質，就是自旋，簡單來講就是一種由內稟角動量所引起的內稟運動，而質子就擁有半個單位的自旋。

按照蓋爾曼和茨威格的假設，如果質子中只有三個夸克，那麼在考慮自旋的情況下，兩個上夸克的半個單位減去下夸克的半個單位，就應該等于整個質子的半個單位，可實際上卻不是這樣。根據1988年歐洲μ子合作組的報告，夸克自旋加起來之后遠遠小于1/2。更讓人難以置信的是，兩個上夸克和一個下夸克的質量僅占質子總質量的1%左右。

這說明了什麼呢？說明了質子之內不止三個夸克，而且遠遠不止。

那麼如果質子不是一個球里裝了三個夸克，那它到底應該是什麼樣子的呢？一種萌發于20世紀70年代的量子理論很好地說明了這一問題，該理論認為夸克是一種被膠子系在一起的粒子，每種夸克和每種膠子都有三種類型的色荷，這些帶色荷的粒子自然地相互拉扯并形成的一團物質就是質子，這種量子理論就被稱之為量子色動力學，簡稱QCD。

QCD的決定性特征是由戴維·格羅斯、弗蘭克·維爾切克以及戴維·波利策于1973年所發現的，他們也因為這一發現而斬獲了2004年的諾貝爾獎。

既然質子是一團膠子云，為什麼在碰撞實驗中又會顯現出穩定的三夸克結構呢？在溫和碰撞實驗中，質子內部的結構的確如同相互之間保持距離的三個夸克一樣，但如果將電子轟擊質子的強度大幅放大，實驗結果就會截然不同，此時的質子結構就如同一團膠子云。也就是說質子的復雜程度遠超我們的想象，通過不同的探測方式，我們能夠看到質子不同的形態。就是這樣一個小小的質子，我們研究了一個多世紀，至今還沒有完全理解，而這恰恰也是科學探索的魅力所在。