儘管質子是所有物質的基本構成部分之一，但我們對它的了解仍然有限。
物理學家在研究這種亞原子粒子時，往往會陷入複雜和量子奇異性的深淵。
質子應該是物理學中最簡單的物體之一。它是所有原子的基本構成部分，或者說，它本身就是最簡單的原子，因為氫原子(一個帶正電的質子加上一個帶負電的電子)在電離後仍然是氫。
宇宙中的大多數原子都是氫，你身體中的大多數原子也是氫。事實上，由於電子非常小，質量也很輕，可以很容易得出結論：你主要由質子構成。
鑑於這些事實，你可能會認為物理學家已經對質子了解得非常透徹了。但你錯了。
如果你問物理老師質子是由什麼構成的，他們可能會告訴你質子是由三種較小的粒子——夸克組成的。夸克有六種不同的類型，或「味道」：上夸克、下夸克、粲夸克、奇夸克、頂夸克和底夸克(這些名稱是在20世紀60年代和70年代命名的)，其中上夸克和下夸克結合形成質子和中子。
由於上夸克的電荷為+2/3，下夸克的電荷為-1/3，因此一個帶+1電荷的質子由兩個上夸克和一個下夸克組成(2/3+2/3-1/3=+1)，而一個中性的中子由兩個下夸克和一個上夸克組成(-1/3-1/3+2/3=0)。
到目前為止，一切似乎都很好。
但雖然電荷加總得很好，質量卻不對。在粒子物理學中，我們通常以能量來衡量質量(通過著名的公式E=mc²可以互換)，在這裡我們將使用MeV(兆電子伏特)作為單位。
如果你在網上查找夸克的質量，你會發現上夸克的質量大約為2 MeV，而下夸克的質量接近5 MeV。但同樣的來源會告訴你質子的質量高達938 MeV。我們的計算差了大約99%。
在我們慌亂之前，可以問一下質子中還有什麼其他東西嗎？我們有一個方便的答案：膠子！膠子是適當地命名為攜帶強核力的粒子，就像光子攜帶光——即電磁力一樣。膠子存在於質子中以將夸克結合在一起，因此它們肯定會有所貢獻。但是膠子與光子還有一個共同點：它們完全沒有質量。
那麼我們如何用三個總質量為9 MeV的夸克和一些完全沒有質量的粒子構建一個質量為938 MeV的質子呢？
答案比你想像的更複雜。首先，說質子中有三個夸克並不完全正確。實際上，質子是一個不斷變幻的量子海洋，裡面充滿了無數夸克、反夸克和膠子，它們不斷通過相互轉化而存在。而這些在質子內部飛速移動的虛無縹緲的粒子攜帶著動能，這通過E=mc²提供了我們所需的938 MeV中的大約60%。
最後的一部分來自強核力本身的能量。夸克不僅被強核力束縛，還被「禁錮」在一起。這與重力或電磁力不同，在重力或電磁力中，分離越遠，吸引力越弱——你可以通過足夠的努力將磁鐵分開，或將火箭加速脫離地球。但強核力會不斷拉扯。
強核力本身所包含的能量如此之大，即使你設法將兩個結合在一起的夸克分開，克服它們的強核力吸引，投入分離的能量也會自發地產生兩個新的夸克，分別與剛剛分開的夸克結合。夸克不喜歡被分開。
這種夸克禁錮的能量解決了質子質量之謎，但確切計算出這一項的產生方式及其大小是極其複雜的，而且你研究得越深入，它就變得越複雜。
最近的實驗表明，質子有時可以觀察到包含粲夸克，這尤其令人驚訝，因為粲夸克的質量比質子還大。
質子大小的測量幾十年來一直存在爭議：通過將電子散射到質子上測量，或通過觀察氫原子中的電子直接穿過質子，你會得到不同的答案，而電子在正常情況下就是這麼做的，因為在那個尺度上，所有事物都不再神聖。
隨著新的先進計算技術的發展，我們正在取得進展。這些測量已經非常精確。如果我們能解開這個最基本的原子構件的奧秘，我們將更接近於理解支配現實的基本法則。或者，我們可能會在其中發現更離奇的東西。
