在1920年代，物理學(xué)家越來越清楚地認(rèn)識(shí)到，原子是由帶負(fù)電荷的電子和帶正電荷的原子核組成的。這個(gè)模型雖然簡(jiǎn)單易懂，但卻留下了一個(gè)大問題：如果同種電荷互相排斥，那么原子核中的質(zhì)子為什么能緊密地堆積在一起？顯然，必須要有某種極強(qiáng)的力量才能克服這種排斥力。

1964年，默里·蓋爾曼提出，如果介子和其它傳遞強(qiáng)力相互作用的粒子由更小的基本粒子組成，則這個(gè)危機(jī)可以被化解。蓋爾曼以一本愛爾蘭小說中的術(shù)語來命名這些基本粒子：夸克。在他的理論模型中存在著三種類型的夸克：上夸克、下夸克和奇夸克。上夸克攜帶的電荷為2/3，下夸克和奇夸克攜帶的電荷為-1/3，它們的自旋都為1/2。

夸克模型提出，介子由夸克-反夸克對(duì)構(gòu)成。由于物質(zhì)和反物質(zhì)會(huì)相互湮滅，所以介子不可能存活太長(zhǎng)時(shí)間?？淇艘部梢匀齻€(gè)為一組形成重子，例如質(zhì)子和中子。質(zhì)子由兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克組成，剛好攜帶一個(gè)正電荷；中子由一個(gè)上夸克和兩個(gè)下夸克組成，不攜帶電荷。

但是，三夸克的想法也有問題，它們之中至少有兩個(gè)具有相同的量子特性。根據(jù)泡利不相容原理，兩個(gè)具有相同量子特性的費(fèi)米子不能同時(shí)存在于相同的位置。1964年，美國(guó)物理學(xué)家沃利·格林伯格提出，夸克還具有“顏色”這個(gè)額外的屬性。這是一種電荷的隱喻，一種顏色電荷。如果是這樣的話，它們會(huì)有不同的色電荷，因此它們不會(huì)違反泡利不相容原理。

有紅、綠、藍(lán)三種顏色的電荷，與我們所看到的顏色類似，為了獲得中性電荷，必須結(jié)合三種色電荷，就像當(dāng)你結(jié)合可見的紅、綠和藍(lán)，就可以得到一個(gè)中性的白色一樣。在量子色動(dòng)力學(xué)中，顏色必須是守恒的，也就是說，所有的顏色必須組合在一起才能得到一個(gè)中性的白色。這意味著任何含有色荷的粒子必須與其他粒子結(jié)合才能形成中性色。

這種粒子被稱為膠子，因?yàn)樗淖饔镁拖衲z水把夸克粘在一起。這些膠子是如何工作的？類似于量子電動(dòng)力學(xué)處理電荷和作為電磁力的中介粒子光子，量子色動(dòng)力學(xué)處理的是色電荷和被稱為膠子的中介粒子。

當(dāng)你試圖拉開兩個(gè)夸克時(shí)，強(qiáng)力就像是一個(gè)強(qiáng)大的彈簧，當(dāng)你把它們分開得越遠(yuǎn)，消耗的能量也就越多，這往往會(huì)把夸克拉回核子內(nèi)部。這些膠子-膠子之間的相互作用將色場(chǎng)限制在稱為“通量管”的弦狀物體上，在被拉伸時(shí)就會(huì)施加恒定的力。但是，如果有足夠大的力來拉夸克，通量管就會(huì)斷裂，夸克就會(huì)被拉開。

但是拉開夸克所消耗的能量會(huì)導(dǎo)致一個(gè)令人驚訝的結(jié)果。在夸克從核子中拔出的那一瞬間，一個(gè)新的夸克就在原來的地方形成了。而這個(gè)剛被拔出的夸克，又會(huì)與新生成的反夸克組成介子。根據(jù)可用的能量大小，可以產(chǎn)生越來越多的介子。正是這些介子，介導(dǎo)了將質(zhì)子和其它質(zhì)子或中子結(jié)合起來的強(qiáng)力殘余。簡(jiǎn)單來說，介子會(huì)引起核子之間的吸引力。

強(qiáng)力最重要的一個(gè)方面是，幾乎所有原子的質(zhì)量都來自于量子色動(dòng)力學(xué)，而不是希格斯場(chǎng)。我們以質(zhì)子為例，質(zhì)子由兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克組成。希格斯場(chǎng)負(fù)責(zé)給夸克提供靜止質(zhì)量，這種情況下兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克總質(zhì)量是9.1MeV。但測(cè)得的質(zhì)子質(zhì)量為983MeV，所以它的重量是它的組成粒子的100倍，這些額外的質(zhì)量從何而來？

要記住，夸克和膠子在一個(gè)很小的范圍內(nèi)快速移動(dòng)，在這么小的體積中保持這么多的能量需要大量的結(jié)合能。正是結(jié)合能和動(dòng)能的聯(lián)合，構(gòu)成了原子質(zhì)量的98%。