Кварките - вечните затворници

През 1963 г. американецът Мъри Гел – Ман (р. 1929 г.) представя свой теоретичен модел за кварковия строеж на адроните. Думата ”кварк” е взета от Гел - Ман от романа "Бдението на Финеган" на известния ирландски писател Джеймс Джойс, чийто герой по време на сън чува странната фраза „Три кварка за мистър Марк”. 

През 1969 г. Мъри Гел – Ман получава Нобелова награда по физика с мотив „За открития, свързани с класификацията на елементарните частици и техните взаимодействия“.

Според съвременните разбирания кварките напълно покриват представите ни за истински елементарни частици. Можем да ги наречем основен елемент на материята. Кварките имат маса, дробен електрически заряд и т.н. цветен заряд. Кварките не съществуват самостоятелно. Те са силно взаимодействащи частици, поради което не могат да бъдат изолирани или директно наблюдавани.

Съществуват шест вида (аромати) кварки. Видовете кварки са: горен (u), долен (d), странен (s), чаровен (c), дънен (b) и тор (t). Леките (с най - малка маса) (u) и (d) - кварки са най - стабилни. Другите по - тежки кварки почти мигновено се разпадат до (u) и (d) - кварки. Повечето тежки кварки се произвеждат при високоенергетични взаимодействия, като тези наблюдавани в космическите лъчи или в ускорителите на частици. За всеки кварк съществува съответния вид античастица (антикварк), която се различава от кварка само по това, че някои негови свойства имат обратен знак.

Кварките съществуват само в свързано състояние. Те се комбинират, за да образуват частици, наречени адрони (общо наименование на мезоните и барионите). Мезоните са изградени от един кварк и един антикварк, а бариони са изградени от три кварки (най-често за пример се посочват протона и неутрона).

Свойството цветен заряд е отговорно за участието на кварките в т.н. силно взаимодействие. Съществува три вида цветен заряд или просто цвят – червен, зелен и син. По аналогия с видовете електричен заряд (положителен и отрицателен), цветните заряди формират три двойки противоположни заряди: червен – античервен, зелен – антизелен и син – антисин. Антикварките притежават цветен заряд съответно античервен, антизелен и антисин. Едноцветните кварки взаимно се отблъскват.

Кварковата структура на мезоните и барионите

При комбинацията от три разноцветни кварки се образува безцветен барион, поради взаимното привличане между кварките с различен цвят. Кварките и антикварките също се привличат и формират  безцветни мезони. Адроните са частици, които не са носители на цветен заряд. Всеки кварк може да съществува в трите цвята – например (u) – кваркът може да бъде червен, зелен или син.

Кварките (u) и (d) заедно с двойката най – леки лептони (електрон и електронно неутрино) се считат са истински фундаментални елементарни частици, които изграждат многообразната наблюдаема материя във Вселената.