这个夸克模型的建立，不只是为了解释粒子的结构，同时也为了解释原子核里面的作用力。粒子物理学除了要解释粒子的物理性质以及粒子与粒子之间的关系，还要了解粒子与粒子之间的作用力。20世纪的前30年里，科学家基本已经掌握了量子力学。但是这个理论架构，主要是为了解释原子的构造原理和原子里的电子的运动。这是属于原子物理的范围。但是，原子核里的构造是怎么样的？原子核里面的亚原子粒子的互相作用是怎样的？这些问题是量子力学不能够回答的。要解决这些问题，人们就需要一些更新的物理理论。

量子力学为何不能够帮助我们了解原子核里的构造？这是因为原子核里的结构和原子是非常不一样的。我们知道原子核和电子能够结合在一起形成一个原子是靠着不同电荷之间的吸引力。但这样的理论不能应用到原子核里。原子核是由质子和中子组成。质子全部都是带正电的，中子都是电中性的。理论上，一堆带正电的粒子挤在一起是不稳定的；它们会互相排斥。如果单从电磁力来看，原子核应该会很快地就分崩离析了。因此，物理学家认为原子核里还存在一种远比电磁力强大的作用力来保持原子核的稳定。这种力被称为“强作用力”。那么，强作用力究竟像什么样子呢？科学家完全不知道，当然也找不到一个方程来表达这种力。这个问题在20世纪中对物理学家们提出了一个巨大的挑战。

除了这个强作用力，后来人们又发现了另一种核力：“弱作用力”。当时人们发现了一种奇怪的现象，就是一些同位素原子的原子核里会放出β辐射。前面我们提到，β辐射释出的就是电子。那么为何只带正电的原子核里会跑出一个带负电的电子呢？人们后来发现这个电子是原子核里一个中子衰变后的结果。

也就是说，当一个中子（n）发生衰变时，它会变为一个带负电的电子（e-）、一个带正电的质子（p）和一个中微子（）（见图4.6）。人们就不禁要问：是什么力量控制着中子以避免它出现这样的衰变？或者反过来问，是什么力量打碎了这个中子，让它变成了电子和质子？物理学家认为，这个力量与前面提到的把质子和中子拉在一起的强作用力是不同的，他们称之为“弱作用力”。

强作用力和弱作用力都是短距离的作用力，它们主要作用在原子核里面。强作用力的范围大约为10-15 m，而弱作用力的范围小于10-18 m（见表4.2）。(www.daowen.com)

图4.6　一个中子的β衰变

表4.2　自然界四种不同的作用力