弱-电统一理论的实现，为人们进一步探索强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用的统一提供了有益的启示。1974年，乔治和格拉肖（1932—）提出了强-弱-电统一的理论，这就是所谓的大统一理论。大统一理论指出，夸克与轻子可以相互转化。重子是由夸克组成的，既然夸克可以转变为轻子，那么，重子也就不是稳定粒子了，它也可以发生衰变。质子是重子家族中的重要成员，也是最轻的重子，因此，质子也能够发生衰变。自由质子可以衰变，是大统一理论的重要预言之一。长期以来，人们一直认为质子是绝对稳定的，实验上也从来没有观察到质子衰变的事例。如果预言属实，是向传统观念的严重挑战，这将是人们对物质世界的一个再认识，人们正期待着这一新的飞跃。
轰动一时的坂田模型
1911年，卢瑟福提出原子有核模型理论，将原子划分成原子核与核外电子两部分，为人类揭开原子的秘密迈出了关键的一步；1932年，查得维克发现了中子。不久，海森伯便提出了原子核是由质子和中子组成的模式，为人们探索原子核的奥秘奠定了基础。于是，很自然地就会提出这样的问题，质子、中子与电子是构成物质的最基本成分吗？质子、中子、共振态粒子等一大批粒子有没有内部结构？为了回答这些问题，人们便开始了更深层次的研究工作。
1956年，霍夫斯塔特用高能量的电子束轰击质子，发现质子的电荷不是均匀地分布在质子整个体积内，而是呈现出一些小斑点，每个斑点的半径大约为0.7×10-15米。这一惊奇的发现，为人们探索强子的内部结构带来了希望。后来又发现，中子虽然整体表现出中性，但它的内部却存在有正电荷和负电路，电荷分布在0.8×10-15米的范围内。早在1932年，斯特恩对中子进行测量时，曾发现中子不带电，但中子的磁矩却不为零，表明中子内部带有电荷。
1970年，科学家们利用更高能量的电子流打击质子时，发现质子内部具有点状结构。历史上有惊人的相似之处，这种现象犹如几十年前α粒子散射实验观察到的结果。
诸如此类种种迹象，人们可以推断质子、中子这样一类重子，并不是一个简简单单的点粒子，而存在着复杂的内部结构；更何况大批共振态粒子的出现，它们内部存在有结构，人们更是深信不移。
既然强子存在内部结构，那么，它们又是由什么组成的呢？于是，人们提出了各种各样的结构模型。坂田模型是早期模型中具有代表性的一例，曾轰动一时。
1956年，日本著名的核物理学家坂田昌一提出，强子是由一些基础粒子组成的复合体。基础粒子一共有三种：质子（p）、中子（n）和奇异粒子（Λ）；每一种基础粒子都有它的反粒子：反质子（）、反中子（）、反奇异粒子（）。他认为一切强子都是由p、n、Λ和、、按照一定的方式组合而成的，称为坂田模型。
重子是由两个基础粒子和一个反基础粒子组成的；而介子是由一个基础粒子和一个反基础粒子组成的。要组成奇异粒子∑、Ξ、K等，需要有奇异粒子参与组合，为此选择了Λ粒子。比如，K+是由P和组合（p）而成的：K°是由n与组合（n）而成的。
坂田模型是研究强子结构中最早建立起来的模型。坂田昌一敢于冲破“基本粒子”不可分的思想，正视基本粒子并不基本，而是有内部结构的，这是很大的进步。因此，在20世纪50年代颇为盛行。运用这种模型解释对称性和弱相互作用等有关问题，都给出了一些非常有益的结果。这样，为强子结构模型的研究和建立起到了探路者的作用，有力地推动了这方面理论的发展。
坂田模型有许多可取之处，但也遇到了一些不可克服的难关，其中最突出的困难就是质量问题。介子π+是由p和组成的，p与的质量之和约为1880MeV，而π+的质量仅仅有140MeV，两者相差非常悬殊，那么多的质量不翼而飞，很难让人理解。由核子组成原子核时，也存在一定质量的亏损，但也只有千分之几。例如，两个质子与两个中子组成氦原子核时，质量亏损为千分之7.5。这部分质量，当核子组成原子核时以能量的形式释放出去了，也就是所谓的结合能。引起质量亏损的原因是强大的核力作用的结果。目前，核力是人们已经认识的粒子间相互作用中最强大的；由基础粒子组成强子时，质量亏损如此之多，表明基础粒子间的相互作用要远远大于核力，这是很难想象的。
另外，由基础粒子组成的一些复合粒子与实验事实存在着尖锐的矛盾。最典型的例子，超子Ω-，两个基础粒子和一个反基础粒子不论采取什么样的组合方式，都不能满足Ω-粒子基本性质的要求。也就是说，用基础粒子组成Ω-粒子是行不通的。
更何况p、n、Λ这些基础粒子本身也存在着内部结构，把这些粒子作为组成强子的基本成分显然是不妥当的。
这些困难表明，坂田模型还很不完善，有待人们进一步改进和完善。尽管如此，虽然只轰动一时，但却给人们留下了许多有益的启迪。
从元素周期表得到的思考
1869年，俄国伟大的化学家门捷列夫（1834—1907年）建立起来的元素周期表，不仅将几十种元素之间的内在联系，各元素物理、化学性质呈现出的周期性变化规律揭示得清清楚楚；而且还预言了一些当时尚未发现的元素。虽然已时隔一个多世纪，但元素周期表研究问题的方法仍然有着重要的指导意义。
依据元素周期表有益的启示，仿照类似的办法，把人们已经发现的为数众多的各种粒子，按照某些特征进行分门归类，从中寻找一些规律性的东西。这样，在一定程度上也可以揭示出粒子的性质及其内在联系。在原子核物理学和粒子物理学中这是一种比较有效的研究问题的方法；如果再与其他途径和方法加以配合，将会更好地研究粒子的性质及粒子间的相互作用。在这种思想的指引下，美国著名的理论物理学家默里·盖尔曼（1929—）和以色列物理学家尼曼分别于1961年和1962年在坂田昌一模型的基础上提出了强子分类的方案。按照粒子的一些基本属性，诸如质量（m）、电荷（Q）、自旋（J）等进行分组排列，在每一组中，将已经发现的粒子尽可能地包括进去；同时，还能够依据排列的规律预言新粒子的存在。比较成功的分类方法有如下几种。
重子的八重态法
将8个质量最小的重子：p、n、∑+、∑°、∑-、Ξ+、Ξ-、Λ，按照粒子的某些性质进行排列，这8个重子组成一个非常规则的对称图形——正六边形。每个粒子位于图形的顶点或中心位置（图6-6）。有趣的是，这8个粒子的自旋相同，都是12，属于费米子；各粒子的质量彼此相差很少：质子的质量是938MeV，中子的质量为939MeV，∑超子的质量为1190MeV，Λ粒子的质量是1115MeV，Ξ粒子质量是1320MeV。这微小差异的存在，源于强相互作用所致。设想，如果不存在这种相互作用的话，这8个粒子的质量应该是相同的。这一点如同电磁相互作用的存在，导致质子与中子的质量存在差异的道理是一样的。由这些情况的分析，不难看出，这8个重子可以看成同一种粒子的不同状态，将它们划为一组，称为重子的八重态。正如大家已经知道的，质子与中子统称为核子，也就是说，质子和中子是核子的不同状态，质子带有电荷，而中子不带有电荷。
将这8个重子的反粒子，按照相同的方式进行排列，可以得到同样的图案。
重子的十重态
具有相同自旋（J=32）的9个共振态粒子：△++、△+、△°、△-、∑*+、∑*°、∑*-、Ξ*°Ξ*-，按照某些特性依次排列，组成一个倒三角形的图案（图6-7所示）。从图形对称性考虑，在倒三角形的顶点上还应当有一个粒子，当时还未发现。1962年，盖尔曼根据图形排列的特点，预言了这个新粒子的基本性质。从图形中粒子带电的变化规律知，这个粒子应当带有一个单位的负电荷；从粒子质量变化情况看，△、∑*、Ξ*相邻两排粒子的质量差几乎相等，即
1385-1236=149（兆电子伏）
1530-1385=145（兆电子伏）
由此便可推断新粒子的质量约为1680兆电子伏；这个粒子的自旋应是32。
为了验证理论预言的正确性，布鲁克海汶实验室经过两年的努力，终于在1964年找到了这个新伙伴，取名欧米加粒子，符号为Ω-。通过对这个粒子性质的测定，所得到的结果与理论预言完全相符。这样，完全可以断定这个不速之客就是位于倒三角形顶点的粒子。Ω-粒子的发现，添补了这个空缺，显示了这种理论的正确性。
介子的八重子
盖尔曼等人提出的强子分类的理论，对于介子同样适用。自旋为零的8个介子：K+、K°、K-、°、π+、π°、π-、η°可以组成如图6-8所示的图形，各个粒子位于图形的顶点或中心的位置。类似的办法，自旋为1的8个共振态介子：K*+、K*°、K*-、*°、ρ+、ρ°、ρ-、ω也可以组成正六边形的图案。
依照强子的分类方法，人们可以将众多的粒子分成八重态、十重态等。每一重态中的各个粒子可以看作是同一种粒子的不同表现形式。这样，不但将那些表面看来没有什么关系的众多粒子有机地联系在一起；而且，在一定程度上揭示出这些粒子的基本特征和遵循的规律。门捷列夫元素周期表是原子内电子排列规律的外在表现；强子分类这种对称性也必然是强子内部结构规律的一种反映，况且这种分类方法也可以预言未知粒子，所有这些与元素周期表有许多相类似的功能。
强子分类的方法可以使粒子的种类大为减少，这给粒子物理的研究工作带来了很大的方便，也为探索强子的内部结构带来了有益的启示。
盖尔曼的功劳
坂田模型尽管很粗糙，与事实相差甚远，但带给人们的思考是深刻的，的确赋有启迪性。1964年，盖尔曼和茨维格在坂田模型和强子分类的基础上提出了强子是由一些更为基础的粒子组成的思想。茨维格给这些基础粒子取名爱斯（aces），表示“王牌”的意思。盖尔曼则取名为夸克（quark），更富有神秘的色彩。“夸克”取意于爱尔兰作家詹·乔伊士的长诗《芬涅根的彻夜祭》中的一句诗：“为检阅者马可王，三声夸克”。夸克原是一种海鸟的叫声。相传这种神奇的海鸟是4位老人的化身。详细情况，我们用不着去考查，这只是给基础粒子命名而已，如同给新生婴儿起名字一样。强子是由夸克组成的理论，是当今最具影响的强子结构模型，称为夸克模型。
最初，盖尔曼和茨维格参照坂田模型思路，提出强子是由3种夸克组合而成的复合体。这3种夸克分别叫做上夸克（up）、下夸克（down）、奇异夸克（strange），或者称为u夸克、d夸克、s夸克。奇妙的是每一种夸克所带的电荷不是电子电荷（e）的整数倍，而是带有分数电荷。如u夸克带有23e电荷，d夸克带电为-13e，s夸克带电也是-13e。每一种夸克有相应的反夸克，它们是、、。反夸克所带电荷与正夸克性质刚好相反。
