20世纪60年代早期，物理学家已经发现了30种“基本”粒子，包括反粒子，但不包括Δ粒子。如果想区分清楚电子、光子、质子、中子、μ子、π介子、K介子、Λ粒子、Σ粒子、Ξ粒子和Δ粒子这一系列令人眼花缭乱的粒子，就必须找到某种严格的分类方法，而非只是将它们分为“普通粒子”和“奇异粒子”。这些粒子，按照它们特有的“量子数”、电荷值、自旋、同位旋和奇异性进行分类，可以分为出两种基本类型。其一是“物质”粒子，属于物质实体的东西；其二是“力”粒子，属于场粒子，负责传递物质粒子之间的力。物质粒子是费米子――具有半整数自旋费米子包括轻子（电子、μ子、中微子和它们的反粒子），以及重子（质子、中子、Λ粒子、Σ粒子、Ξ粒子和它们的反粒子）。力粒子是玻色子――具有整数自旋玻色子包括光子和统称为“介子”的粒子（π介子和K介子）。其中，介子传输强力，并与重子一起，构成一类称为“强子”的粒子。重子是根据它们的“重子数”来分类的，所有重子的重子数均为+1，所有反重子的重子数为-1。同样，所有轻子的“轻子数”为+1，所有反轻子的轻子数为-1。因此，所有力粒子，就是所有玻色子的重子数=0，轻子数=0。这些特性都很重要，因为物理学家发现，在粒子的相互作用中，重子和轻子数是守恒的。很明显，粒子的分类太混乱了，必须要有一种分类方式，就像德米特里·门捷列夫的元素周期表一样清楚。那么这种分类方式是什么，有没有一种根本性的解释呢？这个问题的解释可以分成两个阶段。1961年，盖尔曼和以色列物理学家尤瓦尔·尼尔曼各自独立确定了分类方式。为了获得根本上的简单明晰性，物理学家有一种直觉，他们认为不可能存在这么多基本粒子，人们是能够发现“真正”的基本粒子的，其他一切粒子都由这些基本粒子构成，这样就能合理解释粒子的数量了。
从某种程度上说，在整个科学史上，物理学家都在采用这种方法，但试图把它应用到在宇宙射线和粒子加速器实验中开始出现的新粒子上，最早是在1949年由费米和杨振宁提出来的。
20世纪50年代初，日本物理学家坂田昌一和同事认为质子、中子和Λ粒子就是基本的“三重态”，并尝试用它构建其他粒子。盖尔曼尝试了几乎与之相同的方法，但为何把这些粒子而不是其他粒子看作基本粒子，原因却从未明确。这些早期的尝试之所以会失败，是因为理论物理学家还没建立起合理的方式，就想得到根本性的解释。有点像还没有确定每个元素在周期表中的位置，就想弄明白各个元素的基本构成一样。盖尔曼认为，全局对称群可以为这种方式提供基本框架。虽然他熟悉杨振宁和米尔斯的研究，但在1959年时，他还不熟悉群论。他耐着性子听完很多这方面的讲座，但总是觉得相当抽象，而且与物理学中的重要内容并不相干。格拉肖在1960年3月来到了巴黎，盖尔曼鼓励了他在统一弱力和电磁力方面的努力。但是，格拉肖使用的施温格的术语，相对来说很不好理解，盖尔曼把这些术语弄懂后，立马迷上了格拉肖的理论。他开始琢磨如何把对称群扩展到更高的维度上。格拉肖接受盖尔曼的邀请，来到加州理工学院。从巴黎回去后不久，这两位物理学家开始合作寻找解决方法。但直到一次偶然的机会，与加州理工学院的数学家理查德·布洛克聊起来，盖尔曼才发现原来李群能为他提供自己一直寻找的结构。此前在巴黎时，他几乎就要发现这一点了。李群最简单或“不可约”的表示就是基本的三重态。实际上，坂田和同事已经试过在这个对称群的基础上构建模型，把质子、中子和Λ粒子用作基本表示。盖尔曼已经走在这条路上，也无意重复坂田走过的路。他跳过了基本表示，直接研究下一步。他发现他可以把自旋1/2的重子置于一种“八重态”中（八个粒子一组），基本上构成一个六边形，每个点由电荷和奇异性的值决定，Σ0和Λ0这两个粒子位于图形的中心。他发现他需要把质子、中子和Λ粒子放进这个图形中，而且他肯定觉得，不应该把这些归为基本表示。当盖尔曼将自旋为0的介子拼成“八重态”时，他发现只能在图形中分派七个粒子。有一个粒子，也就是Λ0介子，“不见了”。他推测，一定存在第八个自旋为0、电荷为0和奇异性为0的介子。他将其命名为Χ粒子。盖尔曼在推测十重态（十个粒子一组）的粒子面前望而却步了，毕竟当时已知的只有四种Δ粒子，而预测另外六种新粒子的存在，看起来还要跨越很大的一步。无论如何，他在八重态上已经取得了很大的突破。1960年圣诞节期间，他完成了八重法的研究，1961年初，就将其发表在加州理工学院的预印刊物上。他预测完成介子八重态所需的那个粒子，几个月后被美国加州大学伯克利分校的物理学家路易斯·阿尔瓦雷茨和他的团队发现。这是一个3π介子共振态。他们将新粒子命名为η。再来说尤瓦尔·尼尔曼，他在以色列陆军中担任上校，后来，到伦敦学习物理学，同时在以色列大使馆担任防务专员。他不大可能以物理学为终身职业。起初，尼尔曼想在伦敦的国王学院研究相对论，但他还要在肯辛顿的大使馆工作，而城市的交通条件没法让他从大使馆到那里去听课，因此他就转到了帝国理工学院，研究粒子物理学。在帝国理工学院，他在阿卜杜勒·萨拉姆的研究方向上取得了很多成绩。尼尔曼在晚上和周末做研究工作，并把想法告诉萨拉姆，而萨拉姆则会耐心地指出，这些之前已经被权威物理学家研究过了。对这个理论，萨拉姆的耐心越来越少，但尼尔曼的信心却越来越强。1961年，他发表了自己的八重法。1962年6月，尼尔曼和盖尔曼都参加了罗切斯特会议，但那年的会议并不是在罗切斯特市召开的，而是在日内瓦的欧洲核子研究中心。两个人都想听听关于已发现的新粒子的报告，听完报告，尼尔曼立刻就发现，这些粒子属于十重态，可以加入到已知的四个Δ粒子中。转眼间，十重态就有了九个粒子，此时只差一个粒子了，一个尚未发现的粒子。这是个负电荷粒子，奇异性值为-3。他举手想要发言，但盖尔曼此时也想到了同样的关联，而且坐的位置更靠前些。所以，站起来预言这个粒子（他将其命名为Ω-粒子）存在的是盖尔曼。讨论结束后，布鲁克黑文国家实验室的粒子物理学家尼古拉斯·萨米奥斯问盖尔曼，在他看来Ω-该如何衰变。盖尔曼在一张餐巾纸上画了一张Ω-衰变的预测草图。萨米奥斯把那张餐巾纸装进了口袋。图形找到了。接下来是基础性解释的问题。哥伦比亚大学的罗伯特·塞伯尔开始琢磨如何把三个基本“对象”结合，以创造八重法的两个八重态和十重态。从很多方面说，这就相当于把质子、中子和电子结合起来构建元素周期表。实际上，塞伯尔此时想问的是，虽然人们相信物理学家已知的所有粒子以三种基本粒子为基础，但这些从未被发现的粒子是否根本就不存在。1963年3月，盖尔曼来到哥伦比亚大学做一系列讲座，塞伯尔向他请教了这个问题。塞伯尔认为，可以采用三个粒子组合成质子和中子，粒子和反粒子可以产生介子。这个问题盖尔曼已经考虑过，而且也已经否定了这个想法。他问塞伯尔，这个基本三重态对象的电荷是什么样的。这个问题，塞伯尔还没思考过。盖尔曼觉得这个想法很疯狂，顺手抓了一张餐巾纸，写下了必要的计算，以说明这样做意味着粒子的电荷必须为分数，像-1/3、+2/3这样，只有这样，才能加起来形成一个电荷为正或零的质子或中子。”塞伯尔也觉得这个结果不太像话。没有任何证据能表明，粒子的电荷可以为分数。不过，这次讨论让盖尔曼陷入了沉思。盖尔曼的想法逐渐成形的过程中，他偶然读到詹姆斯·乔伊斯（James Joyce）所著的《芬尼根的守灵夜》（Finnegan’s Wake）中的一段文字，给他命名这些神秘的新粒子提供了灵感：向麦克老人三呼夸克！
盖尔曼突然意识到质子和中子分别由三个夸克构成！1964年2月，盖尔曼发表了一篇小论文，对这个问题进行解释。他用u、d和s代指这三个夸克。虽然在文中他没有详细说明，但这三个字母分别代表“上”（u，up），电荷为+2/3；“下”（d，down），电荷为-1/3；以及“奇”（s，strange），电荷同样为-1/3。重子由这三种夸克的不同组合构成，介子则由夸克和反夸克构成。比如，质子包括两个上夸克和一个下夸克，即uud，电荷总数为+1。中子包括一个上夸克和两个下夸克，电荷总数为0。奇异性量子数不为0的“奇异”粒子，包含（不出所料）奇夸克。根据这种解释，自旋为1/2的重子八重态由上夸克、下夸克和奇夸克的不同组合构成，而自旋为0的介子则由夸克和反夸克构成。同位旋现在被解释为复合核子中的上夸克和下夸克的数量。β放射性则涉及中子中的下夸克转换成上夸克，中子转变成质子，并发射出W-粒子。盖尔曼在文中对塞伯尔在讨论时给予他的启发表示了感谢。由于没有实验做基础，因此对它的接受度小得可怜。况且，还存在一个问题。与自旋1/2的费米子一样，夸克也遵循泡利不相容原理，后者不允许一个以上的费米子占有相同的量子态。然而，质子注定要包含两个上夸克，这两个上夸克应该拥有相同的状态；中子则要包含两个下夸克。这又如何与不相容原理相容呢？盖尔曼尽量对夸克的情况不多发表意见，没有改进他的理论。毕竟理论上这种粒子或许永远无法看到，盖尔曼把夸克归为“数学产物”。萨米奥斯带着盖尔曼提出的关于Ω-衰变模式的建议，回到布鲁克黑文国家实验室。1963年12月中旬，寻找Ω-粒子的实验已准备就绪。1964年1月31日，萨米奥斯和30位粒子物理学家组成的团队在一张气泡室照片中发现了一丝踪迹。这些踪迹几乎准确印证了对Ω-的预测。1964年2月11日，他们把论文发表在《物理评论》上。就在十天前，盖尔曼关于夸克的论文刚刚发表在欧洲核子研究中心的期刊《物理快报》上。八重法经证明是正确的，但夸克理论的电荷为分数却遭到了嘲笑。人们很难把理论物理学家说的话当真。他们捣鼓对称性和规范理论，搞出无质量的玻色子、并不存在的弱中性流，现在又提出电荷为分数的粒子，而这种粒子也许永远都不会现身。“科学大唠嗑”是悦读读书会新增添的一个栏目，每周更新一次，作者是张喆老师。他曾组织过天文线下活动，也是《时间简史》、《上帝掷骰子吗？》的领读者。对于科普爱好者，此栏目是一个相当大的福利。期待张老师下一次更新！
