質子內部到底是什麼樣的？
質子和中子內部夸克質量遠小於核子質量，其餘的質量又是從何而來？
（長文預警）題主的問題非常好，如果題主早出生50年，說不定就能一下拿兩個諾貝爾獎了呢（狗頭）
質子內部的結構依賴於觀察的能量，如果用低能的眼睛去看，則由三個夸克構成；如果用高能的眼去看，則有無數的夸克和膠子。
本文由以下幾個部分構成：
0、背景介紹
1、夸克模型
2、電子-質子深度非彈性散射與部分子模型
3、部分子模型與夸克模型的統一
4、量子色動力學
5、質子內部結構是什麼樣的呢？
6、總結
0、背景介紹
題主的問題是強子物理非常重要的問題，也是一個非常大的問題，這個問題貫穿了我們對強相互作用認識的過程。問題看起來非常直接，但是答案卻不見得很直接。題主的兩個問題分別涉及了強相互作用在低能下的兩個重要性質：
- 夸克禁閉（confinment），又叫色禁閉。色禁閉的存在使得我們無法把質子切開，把內部成分拿出來直接觀測；
- 手征對稱性自發破缺。u夸克和d夸克的質量是非常小的，分別是
和
，但是由兩個u夸克和一個d夸克構成的質子卻有
左右。另外，通過分析介子譜可以發現，
介子的質量遠遠小於其它介子。對這個現象做出的合理解釋就是QCD中的手征對稱性自發破缺，其結果就是夸克獲得了一個額外的動力學質量，
，再根據Goldstone定理，每一種連續對稱性的破缺都會產生零質量的玻色子，此處即為
說明：本文只針對題主的「質子內部到底是什麼樣的？」回答，對於問題補充中的問題，本人已經寫過相關的回答了，有興趣的知友可以在本文末尾找到相關回答鏈接。
1、夸克模型
本節主要介紹一下夸克模型的歷史，以更好的理解為什麼要假設存在夸克。我們把參與強相互作用的粒子稱作為強子（Hadron)，強子包括介子（Meson）和重子(Baryon)。最先發現的強子就是質子和中子，因為原子核就是由質子和中子構成的，因此很容易被發現。從上個世紀初開始，科學家從宇宙射線中陸續觀測到了各種各樣的強子，這些強子的性質各不相同，包括質量、衰變周期、自旋、宇稱等性質。慢慢的，發現的強子越來越多，大家就開始想能否對這些強子進行分類。對大量類似物質進行分類是一種非常直接的想法，化學中對不同的原子進行分類得到元素周期表就是分類的過程，宏觀世界的各種各樣的物質，通過對其性質研究分類，最終發現都能由元素周期表中的元素或元素組合構成。其實這樣分類的過程本質上是尋找動力學系統基本自由度的過程，得到的基本自由度個數往往比被分類物質的種類小很多。那麼同樣的，對於大量的強子是不是也能通過分類得到「強子周期表」？如果能得到強子周期表是不是也能找到對應的基本自由度？
答案是肯定的。這些發現的強子，按照自旋的不同，都可以在超荷——同位旋圖上進行標記分類，比如說贗標介子八重態和單態：
其中的 介子三重態就可以放到這裡面，還有我們熟知的質子和中子可以歸結到重子八重態中去：
重子不僅有八重態，還有十重態：
對於每一個圖中的粒子，自旋、宇稱是相同的，但是質量是不同的，不過質量之間卻有一定的關係。實際上，圖3中的 粒子最開始並沒有被觀測到。但是每一張圖中的同一行粒子的質量接近，行與行之間的粒子質量差值相似，因此，如果這樣的分類是正確的話，就應該存在一個質量在這附近的粒子，後來確實在實驗上發現一個差不多質量的粒子，就是
粒子！
既然我們已經做好了這樣的分類，那麼基本自由度是什麼呢？經過一系列的嘗試，大家發現夸克模型能作為基本的自由度。夸克模型在1964年分別由默里蓋爾曼和喬治茨威格獨立提出。
在夸克模型中，通過夸克的各種組合就能得到上面各種圖中的各種粒子。比如說：
比如， 介子就是有u夸克和d夸克及其反夸克構成的，質子是由兩個u夸克和一個d夸克構成。其它的強子都可以用類似的辦法構成。
2、電子-質子深度非彈性散射與部分子模型
夸克模型簡單的說是一種對強子分類的模型，由於夸克模型能夠成功地解釋許多事實，把極為複雜的事情變得非常簡單，立即得到人們的普遍重視，於是掀起了一場尋找夸克的熱潮。人們用海水和隕石作實驗；探測宇宙射線；運用各種高能加速器，希望能找到夸克存在的證據。然而，在1969年以前，什麼證據也沒有找到。這時，大多數人已經不抱希望，認為找不到夸克存在的證據，只能解釋為所謂的夸克只不過是某種數學符號，物理方程中的一個數學量而已。
對於「質子內部到底是什麼樣的」這樣的問題，最直接的想法就是去「看一下質子內部」。當然，這個「看一下」的過程並沒有那麼直接。比較典型的實驗方法有深度非彈性散射（DIS, deep Inelastic scattering），簡單的說就是用高能電子轟擊質子，把電子打入質子內部，通過對末態粒子的分析來反推質子內部結構。
實驗發現，質子內有無數點電荷，且基本上是自由運動的。電子-質子深度非彈性散射實驗顯示出核子的結構函數具有無標度現象。這是現實質子（或者說核子）具有結構的重要信息。這些實驗激發了當時的理論學家對於核子結構的熱烈討論，其中1969年費曼提出了著名的「部分子模型」是最富有成效的。
「部分子模型」也成為描述高能反應中以極高速度運動的核子內部結構的標準動力學圖像。 依照部分子模型，一個接近光速運動的核子可以看作是由一束高速運動的自由點粒子即部分子所構成， 高能反應通過這些部分子之間的相互作用而發生. 強子內部分子的性質由部分子分布函數(parton distribution function,PDF) 來描述。 PDF直觀地定義為強子內攜帶動量分數x的某類部分子的數密度.
深度非彈性實驗有三個重要的發現，通過與理論模型的對比，可以的出關於質子的重要結論：
- 布約肯標度無關性(Bjorken scaling)：結構函數與標度q無關的性質。 由於1/q是虛光子的康普頓波長，是時空解析度的標誌, 布約肯標度無關性表明， 當時空解析度達到一定值時，繼續提高解析度,看到的東西不再變化。這表明探測到的物體在此解析度下已表現為點粒子. 實驗目前達到的
，在此解析度下，構成質子的點粒子仍表現為點粒子.
- Callan-Gross關係：QED計算表明，它成立的條件是與電子碰撞的點粒子自旋為1/2， 實驗遵從Callan-Gross關係的事實表明構成質子的點粒子是自旋為1/2的費米子.
- Gottfried求和規則：實驗顯示， Gottfried求和規則近似成立，表明構成質子的點粒子帶分數電荷.
綜合這3個實驗發現得到質子結構的清晰圖像：
質子是由自旋為1/2、帶分數電荷的更微小的點粒子構成。
3、部分子模型與夸克模型的統一
電子-核子深度非彈性散射實驗顯示核子是由自旋為1/2的部分子組成的，而在夸克模型中所有強子包括核子在內都是由夸克構成的，那麼實驗上看到的部分子就是夸克模型中的夸克嗎？這兩種模型具有什麼樣的關係呢？
實際上，部分子模型和夸克模型是一致的。我們可以將部分子等同於夸克。這樣的核子模型成為夸克-部分子模型。夸克模型中核子是由三個夸克構成的：質子為uud，中子為udd，而部分子模型中核子內的部分子數量沒有一定的限制。為了將這兩個模型統一起來，我們可以將核子視為這樣的構成體，即核子中除了顯示其「特性」的夸克uud和udd外，還包括大量處於不斷產生和湮滅中的正反夸克對。其中標誌核子特性的夸克uud和udd被稱為價夸克，而處於不斷產生和湮滅中的正反夸克對成為海夸克，他們處於不斷漲落的「海」中。海夸克是由於量子漲落才出現的，只有高能電子轟擊質子時才能感受到海夸克的存在。可以認為夸克模型是核子模型的低能圖像，而部分子模型是核子結構的高能圖像。
定義 ,
,
等為質子中相應夸克帶有動量為質子動量
倍時的數量(密度)，
,
,
為反夸克的數量。其中
為無窮大動量坐標系中夸克攜帶的動量占質子總動量的分數。因為質子中處於「海」中的夸克正反數量是相等額，所以正夸克的總數減去反夸克的總數應該等於質子中的價夸克數量：
(質子中兩個u價夸克)
(質子中一個d價夸克)
(質子中沒有s價夸克)
質子中每一種夸克所帶動量的平均分輸（可以簡單的理解為此種夸克的百分比）
實驗結果給出的在質子中：
，
大約為百分之幾，其它夸克更重，所以佔得比重更小，就忽略不計。但是這三者加起來也才佔了一半左右，離1還有很遠。也就說，除了u夸克、d夸克、s夸克之外，質子中還有其它很重要的成分。那麼這個成分是什麼呢？雖然暫時還不知道是什麼，但是可以推測這種物質的一些性質：電子只參與電磁相互作用與弱相互作用，既然電子無法探測到這種物質，那就說明這種物質電中性，也不參與電弱相互作用。
4、量子色動力學
電子-質子深度非彈性散射實驗表明了質子內的部分子具有「漸進自由」的性質，簡單地說，部分子之間越接近，強作用力越弱。當部分子之間非常接近時，強作用力是如此之弱，以便到它們完全可以作為自由粒子活動。這種現象稱為「漸近自由」（Asymptotic Freedom）。反之，部分子之間距離越大，強作用力就越強。
1973年，美國科學家格羅斯（David Jonathan Gross，1941- ）、波利茨（Hugh David Politzer，1949- ）、威爾茨克（Frank Wilczek，1951- ）發現SU(3)色規範群下的非阿貝爾規範群具有漸進自由的性質，由此建立了描述強相互作用的理論——量子色動力學（QCD，Quantum Chromodynamics）。他們也因此獲得了2004年的諾貝爾物理學獎。
QCD中有兩類基本的自由度，或者兩類粒子：
- 夸克，費米子，自旋1/2，也就是夸克模型中的夸克；
- 膠子，自旋為1，玻色子，是傳遞強相互作用的媒介粒子。
實際上，電子-質子深度非彈性實驗中沒有被探測到的粒子就是膠子。QCD解釋了膠子（gluon）的存在（膠子是強子中的電中性粒子，其作用是使夸克粘合而形成強子，膠子有八種態），認為帶色的夸克通過交換膠子而結合，即夸克與夸克、或夸克與反夸克、或反夸克與反奈克之間通過膠子而結合在一起。凡帶有色荷的粒子能放出和吸收膠子，從而實現強相互作用。吸收和放出膠子可使夸克改變顏色。而原子核內的核力是核子內夸克之間強相互作用力的剩餘效應。
所以，我們現在知道了質子內部的成分，有價夸克，海夸克，還有膠子。
5、質子內部結構是什麼樣的呢？
現在我們再回到題主的問題上來。對於這個問題的回答，下面一張圖就足夠了：
這張圖來自於實驗與理論。這張圖怎麼理解呢？為了非專業人士也能理解，下面用不是很嚴謹的語言來通俗的描述。圖的橫坐標為能量，縱坐標為相應成分佔的比重。 為u價夸克，
為d價夸克，
為膠子（圖中已經縮放了20倍），
為海夸克（圖中已經縮放了20倍）。
當x很大，接近與1時，膠子和海夸克的比重小於u夸克和d夸克，且迅速趨向於零。此時，質子內的主要成分為u和d的價夸克，而且圖上可以看出，u夸克的比重是d夸克的兩倍左右，這與夸克模型中質子由uud組成一致。
由於量子場論真空激發的基本性質，當時空解析度足夠高時，人們可以「看到」真空激發產生的海夸克、反夸克和膠子， 此時質子不再是單純地由3個夸克構成， 而是由3個價夸克與無窮多海夸克、反夸克和膠子構成，而且這些真空激發產生的粒子的數目隨著時空解析度的提高而增加。 在研究質子的整體靜態性質時， 海夸克、反夸克和膠子的物理效應不明顯；但在高能反應過程中， 由於相對論時間延緩效應, 它們在高速運動的質子內存在的時間延長， 在某些運動學區域內甚至起到主導作用.
6、總結
雖然上面說了很多，但是對於質子內部結構，我們知道的信息還是很有限的。原則上，我們可以通過QCD推導出質子的內部結構，但是QCD在低能下的非微擾性質使得數學上的計算非常複雜，所以很遺憾，目前為止還無法通過第一性原理知道完整的導出質子內部結構。
核子（包括質子和中子）是可見宇宙的主要構成基礎單元，其內部結構的研究室當代粒子物理學最前沿的課題之一。對於核子內部結構的研究促進了量子色動力學的產生與發展，也不斷的更新人們對於宇宙的認知。
還是那句話
革命尚未成功，同志仍需努力
對於「質子和中子內部夸克質量遠小於核子質量，其餘的質量又是從何而來？」的回答
質量是如何產生的？?www.zhihu.com
參考文獻：
1、宋玉坤，周劍，梁作堂。 質子結構與質子自旋組成是什麼? 科學通報，2018年，第63卷，第24期：2546~2556
2、杜東生，楊茂志。粒子物理導論。
3、
你知道什麼是深度非彈性散射實驗嗎？_靈遁者_新浪博客?blog.sina.com.cn4、
強相互作用理論-量子色動力學----中國科學院高能物理研究所?www.ihep.cas.cn
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我的上一個回答 ( ?￣??￣?)σ? 我的下一個回答
質子裡面有三枚價夸克，它們提供這枚質子所有的守恆荷，比如同位旋、電荷、奇異數、重子數等等。正因為如此它們的顏色與味都有約束，比如顏色必須是一紅一綠一藍，這樣才能保證合成的夸克是色中性的。再比如味必須是兩頂一底，這樣才能保證同位旋與奇異數的正確。
除了三枚價夸克外，還有許多正反夸克對組成的海夸克，以及穿梭在夸克間的膠子場。它們提供了一大部分質子的能量或質量。值得一提的是，這些粒子不一定是在殼，即滿足既定的能量-動量關係的。
作為做實驗的，有過相同的問題，網上看過一篇文章，僅供參考。
Viewpoint: Dissecting the Mass of the Proton?physics.aps.org
粗淺的圖像是除了夸克之外還有不斷產生和湮滅的其他粒子，gluon什麼的。
你找到的質量是靜質量，核子還有動能。周圍還有傳遞相互作用的粒子的動能。
圖中＋－號代表不可分割的最小正負電磁信息單位-量子比特（qubit）
（名物理學家約翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:萬物源於比特 It from bit
量子信息研究興盛後,此概念升華為，萬物源於量子比特）
註：位元即比特
ZnR5c?]{R?G?
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