Kvarkarnas

Kvarkarna är fundamentala byggstenar i materian och de minsta kända konstituenterna av hadroner. I dagens teori beskrivs de av kvantkromodynamik (QCD), en färgladd SU(3) gauge-teori. Kvarkarna finns i sex smaker: upp, ned, charm, märklig, topp och botten. Upp- och nedkvarkarna har elektriska laddningar på +2/3 respektive -1/3 e. Varje kvark bär en färgladdning och interagerar med gluoner som förmedlar den starka kraften. Kvarkarnas egenskaper inkluderar spin 1/2 och massor som varierar över smakerna.

Kvarkarna uppträder i färgneutralna kombinationer: baryoner består av tre kvarkar (t.ex. protonen består av två upp och ett ned) och mesoner av ett kvark- och ett antikvarkpar. Exotiska tillstånd som tetraquarkar och pentaquarkar har också observerats. På grund av färgladdningen kan kvarkar inte avskilas i fri form; färgkonfinement gör att endast färgneutral sammansättningar observeras i naturen. Vid mycket höga temperaturer och densitet kan kvarkar och gluoner bilda kvark–gluonplasma, ett tillstånd som studeras i tunga jonkollisioner vid anläggningar som RHIC och LHC.

Historiskt föreslogs kvarkarna 1964 av Murray Gell-Mann och George Zweig för att förklara hadronernas systematik. Djupinelska spridningar av elektroner på protoner under 1960-talet gav starkt stöd för kvarkarnas existens. Upptäckterna av charm (1974), botten (1977) och topp (1995) utökade kunskapen om smakerna.