Kvarkarna

Kvarkarna är grundläggande byggstenar i materien enligt Standardmodellen i partikelfysik. De är fermioner med spin 1/2 och finns i sex smakssorter: up (u), down (d), charm (c), strange (s), top (t) och bottom (b). Kvarkarna bär färg laddning och verkar genom den starka växelverkan som styrs av färg-SU(3). En fri kvark observeras inte i naturen på grund av färgkonfinement; kvarkarna uppträder alltid i färgneutrala kombinationer, såsom hadroner.

Elektriska laddningar hos kvarkarna är fractionslika: up-slagskvarkarna (u, c, t) har +2/3 e medan down-slagskvarkarna (d, s, b) har -1/3 e. Deras masseskalor varierar stort; de så kallade current-massorna är försumbart små för up- och downkvarkarna (några MeV), medan s har cirka hundra MeV, c omkring 1–1,5 GeV, b cirka 4–5 GeV, och t ungefär 170 GeV. Av dessa är de starkast kopplade av färgladdning och kvarkarnas massor fångas upp i bindningen inom hadroner.

Kvarkarna finns organiserade i tre generationer: (up, down), (charm, strange) och (top, bottom). De deltar i svaga interaktioner via W- och Z-bosoner och kan då byta smak genom CKM-matrisen. Den starka interaktionen, som upprätthålls av gluoner, är ansvarig för bindningen av kvarkar till baryoner (tre kvarkar) och mesoner (ett kvark och ett antikvark).

Bevis for kvarkars existens inkluderar djupinelastiska spridningar som på 1960- och 1970-talen visade att protoner innehåller substruktur. Idag studeras kvarkar i högenergetiska kollisioner vid teoretiska och experimentella anläggningar över hela världen, samt inom teoretisk kvantkromodynamik (lattice QCD).