上下夸克，和正反夸克有什么区别？相反的电荷量是如何产生的？

上、下夸克只是人为给定的名称，本身没有任何特殊性。正、反夸克则不是，它有十分特殊的物理含义。一般来说，上、下夸克各有自己的反夸克，即反上夸克和反下夸克。反粒子是正粒子的共轭，这是反粒子和正粒子之间的数学关系。这种数学关系我不多解释，因为这个比较专业，涉及到量子力学里面的很多知识。

反粒子为什么会有相反电荷？这需要了解相对论性量子理论了。其中荷电费米子的相对论性动力学方程是狄拉克方程。狄拉克方程给出的荷电粒子解很有意思，因为这些解根本不具有稳定性，也不满足因果律。为了消除这些矛盾，狄拉克引入了反粒子。反粒子在数学上是很容易定义出来的，但是它的物理真实性是否存在，需要用实验数据来证明。就在狄拉克提出反粒子不久，实验物理学家就找到了正电子（即电子的反粒子）。反粒子与正粒子的电荷是相反的，这是因为分立对称性——电荷共轭对称性——导致的。狄拉克方程对应费米子场，而费米子场的电荷共轭对称性就要求所有的粒子必须要有一个与自己相互共轭的粒子，它们的区别之一就是电荷相反！但是除此之外，还有一些更重要的区别：能量也是相反的！反粒子的能量是正粒子的能量的相反数！这里面又有很多事情要交代。按照量子力学的思路，只有那些既含有能量又含有动量的经典力学方程才具有成为量子力学方程的潜力。那么狭义相对论所有的方程里只有一个方程有资格成为量子力学方程，那就是能量-动量-质量关系。就连著名的爱因斯坦质量-能量-速度关系式都不是量子力学方程！这就意味着，我们只能承认一个方程，其他方程要选择抛弃。能量动量关系式直接的量子化结果叫“克莱因高登方程”，狄拉克进一步改造了克莱因高登方程，获得了一个只有一阶偏导数的方程，这就是我前面提到的“狄拉克方程”。注意，能量动量关系式在量子力学里叫“色散关系”，所以我们要根据色散关系来推断粒子的能量。可惜，狭义相对论的色散关系是一个关于能量的二次方程，这就意味着能量可能有两个取值。当时，大部分物理学家都选择将负能解丢掉，但是狄拉克却认为负能解是有意义的！这就是反粒子。

夸克是一种费米子，如果能量很高，夸克就是自由的，其运动方程就是狄拉克方程。由于六种夸克之间的质量差异，我们将它们命名为“下上奇粲底顶”。这仅仅时名称，没有什么特殊性。但是，夸克除了有电性，还有色性。夸克带有色荷，所以夸克将参与强相互作用。在低能态下，夸克之间的强相互作用很强，以致于夸克存在色禁闭。所以我们很难直接观测到夸克。