图解：质子的内部结构，包括了夸克、胶子和夸克自旋。核力的作用就像弹簧，当未拉伸时，力可以忽略不计。当拉伸时，又会变得很大。(图源：BROOKHAVEN NATIONAL LABORATORY)
强核力的这种特性被称为渐近自由，而介导这种力的粒子被称为胶子。由于未知得原因，质子质量的99.8%，来自这些胶子。在某种程度上，整体的重量远远超过其各部分的总和。
一开始听起来似乎不可能，因为胶子本身就是无质量颗粒。但是你可以把它们之间产生的力量看作弹簧：当弹簧伸缩量为0时，弹簧不产生弹力，但是形变量越大弹力越大。事实上，两个夸克之间的能量，其距离变得太大，它就像额外的夸克/反夸克对存在于质子：海夸克。
当两个质子碰撞时，参与碰撞的不仅仅是夸克，还有海夸克、胶子，以及超越这些的场相互作用。所有这些都可以提供对单个组件自旋的见解，并使我们能够在达到足够高的能量和亮度时产生潜在的新粒子。(图源：CERN / CMS COLLABORATION)
你们中那些熟悉量子场理论的人可能渴望把胶子和海夸克视为虚拟粒子：用来得出正确结果的计算工具。但事实并非如此，我们已经在两个质子或质子和另一个粒子之间的高能碰撞中得到了证明，如电子或光子。
欧洲核子研究中心大型强子对撞机进行的碰撞也许是对质子内部结构的最大考验。当两个质子在这些超高能量碰撞时，它们大多数只是相互传递，无法相互作用。但是，当两个内部的点状粒子碰撞，我们可以通过观察碰撞产生的碎片来精确地重建被撞碎的物体。
图源：大型强子对撞机的紧凑型穆恩电磁阀探测器中看到的希格斯玻色子事件。这次壮观的碰撞比普朗克能量低15个数量级，但正是探测器的精确测量使我们能够重建在碰撞点（和附近）发生的一切。从理论上讲，希格斯给基本粒子带来质量；然而，质子的质量不是由于构成它的夸克和胶子的质量。(图源：CERN / CMS COLLABORATION)
不到10%的碰撞发生在两个夸克之间；绝大多数是胶子-胶子碰撞，夸克-胶子碰撞是剩余部分。此外，质子中的夸克-夸克碰撞并非都发生在上夸克或下夸克之间；有时涉及较重的夸克。
虽然这可能让我们感到不舒服，但这些实验给了我们一个重要的教训：我们用来模拟质子内部结构的粒子是真实的。事实上，希格斯玻色子本身的发现之所以可能，只是因为这个原因，因为希格斯玻色子的生产主要是由大型强子对撞机（LHC）的胶子-胶子碰撞所支配的。如果我们拥有三个要依赖的价夸克，我们会看到希格斯的生产成本比我们不同。
图解：在希格斯玻色子的质量被知道之前，我们仍然可以计算在LHC的质子-质子碰撞中希格斯玻色子的预期生产速率。顶部通道显然是由胶子-胶子碰撞生产。I(E.Siegel)添加了黄色突出显示区域，以指示希格斯玻色子的发现位置。(图源：CMS COLLABORATION (DORIGO, TOMMASO FOR THE COLLABORATION) ARXIV:0910.3489)
和往常一样，我们还有很多东西需要学习。我们目前有一个质子内典型胶子密度的实体模型，但如果我们想要知道胶子实际上更可能位于何处，这需要更多的实验数据，以及更好的模型来比较数据。理论家比约恩·申克和海基·曼蒂萨里的进展或许能够提供那些需求高的模型。正如梅恩蒂萨里所详述的:
“质子内的平均胶子密度有多大,这是非常准确的。不知道的是胶子在质子内部的确切位置。我们模拟三个[价]夸克周围的胶子。然后，我们通过设置胶子云的较大程度以及它们之间的距离来控制模型中表示的波动量…我们的波动越多，这个过程[产生J/ ψ 介子发生]的可能性就越大。”
