Kvark

Kvarková struktura byla teoreticky předpovězena nezávisle na sobě M. Gell-Mannem a G. Zweigem v roce 1964. O pět let později došlo k potvrzení na lineárním urychlovači SLAC ve Stanfordu při rozptylových experimentech s protony.

Kvarky, které nejsou pozorovány přímo, byly dlouho považovány za teoretický nástroj umožňující objasnit chování hadronů a mezonů. Dnes jsou však již chápány jako reálné částice, přestože je lze teoreticky popsat i jako kvazičástice.[2]

Název kvark pochází z knihy Finnegans Wake (česky Plačky nad Finneganem) od autora Jamese Joyce. Slovo kvark i jednotlivé názvy pochází od Gell-Manna, který k nim nakreslil i ilustrační obrázky.

Již v roce 1974 se objevily první modely počítající s tím, že kvarky se skládají z dalších menších částic, tzv. preonů. Dodnes však pro tyto teorie neexistuje jediná experimentální indicie, kvarky se chovají jako bodové až do rozměrů řádově 10⁻¹⁸ metru a tam je i hranice současných experimentálních možností. Také teoretické koncepty rozpracovávané v současnosti se od preonových teorií liší a potenciální nebodovost kvarků řeší nejčastěji pomocí strun.

Kvarky jsou jediné elementární částice, které podléhají všem známým základním interakcím.

Kvarky nelze při nízkých energiích pozorovat jako volné částice (to je důsledek tzv. asymptotické volnosti), ale pouze prostřednictvím rozptylových experimentů a na základě symetrií ve vlastnostech pozorovaných hadronů.

Vysoce energetická srážka hadronů však může způsobit jejich „roztavení“ a vznik tzv. kvark-gluonového plazmatu. V něm se kvarky mohou pohybovat volně. Tento stav hmoty měl být ve vesmíru 20–30 mikrosekund po Velkém třesku a lze jej na extrémně krátkou dobu vytvořit v částicovém urychlovači.

Kvarky se řadí k fermionům se spinem ½ a baryonovým číslem ⅓.

Ke každému kvarku existuje příslušná antičástice – antikvark.

Kvarky se rozdělují na šest tzv. vůní.

Symbol	Vůně	Klidová hmotnost (MeV/c²)	Elektrický náboj	Izospin (I3)	Podivnost	Půvab	Krása	Pravda	Antičástice
d	dolů (angl. down)	3,5 – 6[3]	−⅓	−½	0	0	0	0	${\displaystyle {\overline {d}}}$
u	nahoru (angl. up)	1,5 – 3,3[3]	+⅔	+½	0	0	0	0	${\displaystyle {\overline {u}}}$
s	podivný (angl. strange)	92,4 ± 1,5[4]	−⅓	0	−1	0	0	0	${\displaystyle {\overline {s}}}$
c	půvabný (angl. charm)	1270 +70 −110 [3]	+⅔	0	0	+1	0	0	${\displaystyle {\overline {c}}}$
b	spodní (bottom), popř. krásný (angl. beauty)	4200 +170 −70 [3]	−⅓	0	0	0	−1	0	${\displaystyle {\overline {b}}}$
t	svrchní (top), popř. pravdivý (angl. truth)	174 980 ± 750[5][6][pozn. 1]	+⅔	0	0	0	0	+1	${\displaystyle {\overline {t}}}$

Elektrický náboj, izospin, podivnost, půvab, krása a pravda představují kvantová čísla kvarku.

Kvarky řadíme do generací neboli rodin (podobně jako leptony). První generaci tvoří kvarky u a d (tj. nahoru a dolů), druhou generaci tvoří kvarky s a c (tj. podivný a půvabný) a třetí generaci tvoří kvarky b a t (tj. spodní a svrchní).

Každý z kvarků se navíc může vyskytnout ve třech barvách, jimž přiřazujeme hodnoty červená, zelená nebo modrá. Barvy slouží pouze k určitému označení a představují jistý druh náboje (tzv. barevný náboj). Kvarky však ve skutečnosti v žádném případě nemají žádnou barvu, protože jsou mnohem menší než vlnová délka viditelného světla. Barva má v tomto případě podobný význam jako např. elektrický náboj.

Ze tří valenčních kvarků[9] se skládá baryon, a to tak, že každý kvark má jinou barvu, tzn. výsledný baryon je bezbarvý. Baryon tedy může mít hodnotu podivnosti až o velikosti 3. Z kvarku a antikvarku stejné barvy vznikají mezony. Barvy kvarků v mezonu se mění, přičemž pravděpodobnost zachycení kterékoli ze tří barev je stejná, tzn. při sledování mezonu v určitém časovém intervalu se mezon také jeví jako bezbarvý.

Kvarky jsou v hadronech vzájemně vázány prostřednictvím gluonů. Jejich vliv na vlastnosti částic je větší, než se dříve předpokládalo.[10]