ควาร์ก

โปรตอนประกอบด้วยควาร์กอัพ 2 ตัวควาร์กดาวน์ 1 ตัวและกลูออนที่เป็นตัวกลางของแรงที่ "ยึดเหนี่ยว" ควาร์กเหล่านั้นเข้าด้วยกันการกำหนดสีให้กับควาร์กแต่ละตัวนั้นเป็นไปโดยพลการ แต่ต้องมีครบทั้งสามสี โดยใช้สีแดง สีน้ำเงิน และสีเขียวเป็นตัวอย่างเปรียบเทียบกับสีหลักที่รวมกันแล้วได้สีขาว
องค์ประกอบ	อนุภาคพื้นฐาน
สถิติ	เฟอร์มิออนิก
รุ่น	อันดับ 1, 2, 3
ปฏิสัมพันธ์	แรง , อ่อน , แม่เหล็กไฟฟ้า , แรงโน้มถ่วง
เครื่องหมาย	q
อนุภาคปฏิปักษ์	แอนติควาร์ก ( q )
ตั้งทฤษฎี	เมอร์เรย์ เกลล์-แมนน์ (1964) จอร์จ ซไวค์ (1964)
ค้นพบ	SLAC ( ประมาณปี 1968 )
ประเภท	6 ( ขึ้น , ลง , แปลก , มีเสน่ห์ , ด้านล่าง , และด้านบน )
ประจุไฟฟ้า	+ ⁠2/3e  , − ⁠1/3e ​
ประจุสี	ใช่
สปิน	⁠1/2⁠  ħ
เลขแบริออน	⁠1/3⁠

ควาร์ก ( / ˈ k w ɔːr k , ˈ k w ɑːr k / )^{ควาร์ก (ⓘ} ) เป็น อนุภาคพื้นฐานชนิดหนึ่งและเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของสสารควาร์กรวมตัวกันเป็นอนุภาคผสมที่เรียกว่าแฮดรอนซึ่งอนุภาคที่เสถียรที่สุดคือโปรตอนและนิวตรอนซึ่งเป็นส่วนประกอบของนิวเคลียสอะตอม[ ^{1 ]ส}สารที่สังเกตได้ทั่วไปทั้งหมดประกอบด้วยควาร์กอัพ ควาร์กดาวน์ และอิเล็กตรอนเนื่องจากปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการกักขังสีควาร์กจึงไม่เคยพบในสภาพโดดเดี่ยว พวกมันสามารถพบได้เฉพาะภายในแฮดรอน ซึ่งรวมถึงแบริออน(เช่น โปรตอนและนิวตรอน) และเมซอนหรือในพลาสมาควาร์ก-กลูออน[ ^{2 ] [ 3 ] [ nb 1 ]}ด้วยเหตุนี้ ความรู้ส่วนใหญ่เกี่ยวกับควาร์กจึงได้มาจากการสังเกตแฮดรอน

ควาร์กมีคุณสมบัติภายในที่ หลากหลาย รวมถึงประจุไฟฟ้ามวลประจุสีและสปิน พวกมันเป็นอนุภาคพื้นฐาน เพียงชนิดเดียวในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค ที่ได้รับอิทธิพล จากปฏิสัมพันธ์พื้นฐานทั้งสี่อย่างหรือที่เรียกว่าแรงพื้นฐาน ( แม่เหล็กไฟฟ้าแรงโน้มถ่วง แรงปฏิกิริยาเข้มและแรงปฏิกิริยาอ่อน ) และยังเป็นอนุภาคเพียงชนิดเดียวที่ทราบกันว่า ประจุไฟฟ้า ของมันไม่ใช่จำนวนเต็มเท่าของประจุพื้นฐาน

ควาร์กมีหกประเภทที่เรียกว่ารสชาติ ได้แก่ อัพดาวน์ชาร์ม สเตรนจ์ท็อปและบอททอม [ ^{4 ] ค}วาร์กอัพและดาวน์มีมวล น้อยที่สุดในบรรดาควาร์กทั้งหมด ควาร์กที่มีมวลมากกว่าจะเปลี่ยนเป็นควาร์กอัพและดาวน์อย่างรวดเร็วผ่านกระบวนการสลายตัวของอนุภาค : การเปลี่ยนจากสถานะมวลที่สูงกว่าไปสู่สถานะมวลที่ต่ำกว่า ด้วยเหตุนี้ ควาร์กอัพและดาวน์จึงโดยทั่วไปมีเสถียรภาพและพบได้มากที่สุดในจักรวาลในขณะที่ควาร์กสเตรนจ์ ชาร์ม บอททอม และท็อปสามารถผลิตได้เฉพาะใน การชนกันที่ มีพลังงานสูง (เช่น การชนกันที่เกี่ยวข้องกับรังสีคอสมิกและในเครื่องเร่งอนุภาค ) สำหรับควาร์กแต่ละรสชาติจะมี อนุภาคปฏิชนิดที่สอดคล้องกันซึ่งเรียกว่าแอนติควาร์กซึ่งแตกต่างจากควาร์กเพียงแค่คุณสมบัติบางอย่าง (เช่น ประจุไฟฟ้า) มีขนาดเท่ากันแต่มีเครื่องหมายตรงข้าม

แบบจำลองควาร์กได้รับการเสนอโดยอิสระโดยนักฟิสิกส์Murray Gell-MannและGeorge Zweigในปี 1964 ^{[ 5 ]}ควาร์กถูกนำมาใช้เป็นส่วนหนึ่งของแผนการเรียงลำดับสำหรับแฮดรอน และมีหลักฐานเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับการมีอยู่จริงทางกายภาพจนกระทั่ง การทดลอง การกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่นอย่างลึกซึ้งที่ศูนย์เร่งอนุภาคเชิงเส้นสแตนฟอร์ดในปี 1968 ^{[ 6 ] [ 7 ]}การทดลองในโครงการเร่งอนุภาคได้ให้หลักฐานสำหรับควาร์กทั้งหกชนิด ควาร์กท็อป ซึ่งถูกสังเกตครั้งแรกที่เฟอร์มิแล็บในปี 1995 เป็นควาร์กชนิดสุดท้ายที่ถูกค้นพบ^{[ 5 ]}

แบบจำลองมาตรฐานเป็นกรอบทฤษฎีที่อธิบายอนุภาคพื้นฐาน ที่รู้จักทั้งหมด แบบจำลองนี้ประกอบด้วยควาร์กหกชนิด ( q ) ได้แก่อั พ ( u ), ดาวน์ ( d ), สเตรนจ์ ( s ), ชาร์ม ( c ), บอ ททอม ( b ) และท็อป ( t ) ^{[ 4 ]}อนุภาคปฏิของควาร์กเรียกว่าแอนติควาร์กและแสดงด้วยขีดเหนือสัญลักษณ์ของควาร์กที่เกี่ยวข้อง เช่นuสำหรับแอนติควาร์กอัพ เช่นเดียวกับปฏิสสารโดยทั่วไป แอนติควาร์กมีมวลอายุเฉลี่ยและสปินเหมือนกับควาร์กที่เกี่ยวข้อง แต่ประจุไฟฟ้าและประจุ อื่นๆ มีเครื่องหมายตรงข้าม^{[ 8 ]}

ควาร์กมีสปิน-1/2อนุภาคซึ่งหมายความว่าพวกมันเป็นเฟอร์มิออนตามทฤษฎีสปิน-สถิติพวกมันอยู่ภายใต้หลักการกีดกันของเปาลีซึ่งระบุว่าไม่มีเฟอร์มิออนที่เหมือนกันสองตัวใดสามารถครอบครองสถานะควอนตัม เดียวกันได้พร้อมกัน ซึ่งแตกต่างจากโบซอน (อนุภาคที่มีสปินเป็นจำนวนเต็ม) ซึ่งจำนวนใดๆ ก็สามารถอยู่ในสถานะเดียวกันได้ ^{[ 9 ]}แตกต่างจากเลปตอนควาร์กมีประจุสีซึ่งทำให้พวกมันมีส่วนร่วมในอันตรกิริยาแบบแรงแรงดึงดูดที่เกิดขึ้นระหว่างควาร์กที่แตกต่างกันทำให้เกิดการก่อตัวของอนุภาคประกอบที่เรียกว่าแฮดรอน (ดู § อันตรกิริยาแบบแรงและประจุสีด้านล่าง)

ควาร์กที่กำหนดเลขควอนตัมของแฮดรอนเรียกว่าควาร์กวาเลนซ์นอกเหนือจากนี้ แฮดรอนใดๆ อาจมี ควาร์ก " ทะเล " เสมือนแอนติควาร์ก และกลูออน จำนวนไม่จำกัด ซึ่งไม่มีผลต่อเลขควอนตัมของมัน^{[ 10 ]}แฮดรอนมีสองตระกูล ได้แก่แบริออนซึ่งมีควาร์กวาเลนซ์สามตัว และเมซอนซึ่งมีควาร์กวาเลนซ์หนึ่งตัวและแอนติควาร์กหนึ่งตัว^{[ 11 ]}แบริออนที่พบได้บ่อยที่สุดคือโปรตอนและนิวตรอน ซึ่งเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของนิวเคลียสอะตอม^{[ 12 ]}มีแฮดรอนจำนวนมากที่เป็นที่รู้จัก (ดูรายชื่อแบริออนและรายชื่อเมซอน ) ส่วนใหญ่แตกต่างกันตามปริมาณควาร์ กและคุณสมบัติที่ควาร์กที่เป็นส่วนประกอบเหล่านี้มอบให้ การมีอยู่ของแฮดรอน "แปลกใหม่"ที่มีควาร์กวาเลนซ์มากกว่า เช่นเตตระควาร์ก ( q q q q )และเพนตาควาร์ก ( q q q q q ) ได้รับการคาดการณ์ตั้งแต่เริ่มต้นของแบบจำลองควาร์ก^{[ 13 ]}แต่เพิ่งค้นพบในช่วงต้นศตวรรษที่ 21 ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

เฟอร์มิออนพื้นฐานถูกจัดกลุ่มเป็นสามรุ่นแต่ละรุ่นประกอบด้วยเลปตอนสองตัวและควาร์กสองตัว รุ่นแรกประกอบด้วยควาร์กอัพและดาวน์ รุ่นที่สองประกอบด้วยควาร์กสเตรนจ์และชาร์ม และรุ่นที่สามประกอบด้วยควาร์กบอททอมและท็อป การค้นหาควาร์กรุ่นที่สี่และเฟอร์มิออนพื้นฐานอื่นๆ ทั้งหมดล้มเหลว^{[ 18 ] [ 19 ]}และมีหลักฐานทางอ้อมที่ชัดเจนว่าไม่มีมากกว่าสามรุ่น^{[ nb 2 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}อนุภาคในรุ่นที่สูงกว่าโดยทั่วไปจะมีมวลมากกว่าและมีความเสถียรน้อยกว่า ทำให้พวกมันสลายตัวเป็นอนุภาคในรุ่นที่ต่ำกว่าโดยอาศัยปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนมีเพียงควาร์กรุ่นแรก (อัพและดาวน์) เท่านั้นที่พบได้ทั่วไปในธรรมชาติ ควาร์กที่หนักกว่าสามารถสร้างขึ้นได้เฉพาะในการชนกันที่มีพลังงานสูง (เช่น ในการชนกันที่เกี่ยวข้องกับรังสีคอสมิก ) และสลายตัวอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม เชื่อกันว่าควาร์กมีอยู่จริงในช่วงเสี้ยววินาทีแรกหลังจากบิ๊กแบงเมื่อเอกภพอยู่ในช่วงที่ร้อนและหนาแน่นมาก ( ยุคควาร์ก ) การศึกษาควาร์กที่หนักกว่าจะดำเนินการภายใต้เงื่อนไขที่สร้างขึ้นโดยเทียม เช่น ในเครื่องเร่งอนุภาค^{[ 23 ]}

ควาร์กมีประจุไฟฟ้า มวล ประจุสี และรสชาติ จึงเป็นอนุภาคพื้นฐานเพียงชนิดเดียวที่ทราบกันว่ามีส่วนร่วมในปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน ทั้งสี่ ของฟิสิกส์ร่วมสมัย ได้แก่ แม่เหล็กไฟฟ้า แรงโน้มถ่วง ปฏิสัมพันธ์แบบแรง และปฏิสัมพันธ์แบบอ่อน^{[ 12 ]}แรงโน้มถ่วงอ่อนเกินไปที่จะเกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคแต่ละตัว ยกเว้นที่ระดับพลังงานสุดขั้ว ( พลังงานพลังค์ ) และระยะทางสุดขั้ว ( ระยะทางพลังค์ ) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากไม่มีทฤษฎีควอนตัมของแรงโน้มถ่วงที่ประสบความสำเร็จ แรงโน้มถ่วงจึงไม่ได้ถูกอธิบายโดยแบบจำลองมาตรฐาน

โปรดดูตารางคุณสมบัติด้านล่างเพื่อดูภาพรวมที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นเกี่ยวกับคุณสมบัติของควาร์กทั้งหกชนิด

แบบจำลองควาร์กได้รับการเสนอโดยอิสระโดยนักฟิสิกส์Murray Gell-Mann ^{[ 24 ]}และGeorge Zweig ^{[ 25 ] [ 26 ]}ในปี 1964 ^{[ 5 ]}ข้อเสนอดังกล่าวเกิดขึ้นไม่นานหลังจากที่ Gell-Mann ได้กำหนดระบบการจำแนกประเภทอนุภาคที่เรียกว่าEightfold Way ในปี 1961 หรือในทางเทคนิคมากขึ้นคือสมมาตรรสชาติSU(3) ซึ่งทำให้โครงสร้างมีความคล่องตัวมากขึ้น^{[ 27 ]}นักฟิสิกส์Yuval Ne'emanได้พัฒนาระบบที่คล้ายกับ Eightfold Way โดยอิสระในปีเดียวกัน^{[ 28 ] [ 29 ]}ความพยายามในช่วงแรกของการจัดระเบียบองค์ประกอบมีอยู่ในแบบ จำลอง Sakata

ในช่วงเวลาที่ทฤษฎีควาร์กถือกำเนิดขึ้น “ สวนสัตว์อนุภาค ” ประกอบด้วย แฮดรอนจำนวนมากรวมถึงอนุภาคอื่นๆ ด้วย เกลล์-แมนน์และซไวค์ตั้งสมมติฐานว่าพวกมันไม่ใช่อนุภาคพื้นฐาน แต่ประกอบขึ้นจากการรวมกันของควาร์กและแอนติควาร์ก แบบจำลองของพวกเขามีควาร์กสามชนิด ได้แก่อัพ ดาวน์และสเตรนจ์ซึ่งพวกเขากำหนดคุณสมบัติต่างๆ เช่น สปินและประจุไฟฟ้า^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}ปฏิกิริยาเริ่มต้นของชุมชนฟิสิกส์ต่อข้อเสนอนี้ค่อนข้างหลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีการโต้แย้งว่าควาร์กเป็นเอนทิตีทางกายภาพหรือเป็นเพียงนามธรรมที่ใช้เพื่ออธิบายแนวคิดที่ยังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ในขณะนั้น^{[ 30 ]}

ภายในเวลาไม่ถึงหนึ่งปี มีการเสนอส่วนขยายของแบบจำลอง Gell-Mann–Zweig Sheldon GlashowและJames Bjorkenทำนายการมีอยู่ของควาร์กชนิดที่สี่ ซึ่งพวกเขาเรียกว่าชาร์ม (charm ) การเพิ่มเติมนี้ได้รับการเสนอขึ้นเนื่องจากช่วยให้สามารถอธิบายปฏิสัมพันธ์แบบอ่อน (กลไกที่ทำให้ควาร์กสลายตัว) ได้ดีขึ้น ทำให้จำนวนควาร์กที่รู้จักเท่ากับจำนวนเลปตอน ที่รู้จัก และบ่งบอกถึงสูตรมวลที่สร้างมวลของเมซอนที่ รู้จักได้อย่างถูกต้อง ^{[ 31 ]}

การทดลอง การกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่นอย่างลึกซึ้งที่ดำเนินการในปี 1968 ที่ศูนย์เร่งอนุภาคเชิงเส้นสแตนฟอร์ด (SLAC) และตีพิมพ์เมื่อวันที่ 20 ตุลาคม 1969 แสดงให้เห็นว่าโปรตอนประกอบด้วยวัตถุขนาดเล็กกว่ามากที่มีลักษณะเป็นจุดและดังนั้นจึงไม่ใช่อนุภาคพื้นฐาน^{[ 6 ] [ 7 ] [ 32 ]}ในขณะนั้น นักฟิสิกส์ยังลังเลที่จะระบุวัตถุเหล่านี้ว่าเป็นควาร์กอย่างแน่ชัด แต่เรียกพวกมันว่า " พาร์ตอน " ซึ่งเป็นคำที่ ริชาร์ด ไฟน์แมนบัญญัติขึ้น[ ^{33 ] [ 34 ] [ 35 ] วัตถุ}ที่สังเกตได้ที่ SLAC จะถูกระบุว่าเป็นควาร์กอัพและดาวน์ในภายหลังเมื่อมีการค้นพบรสชาติอื่นๆ^{[ 36 ]}อย่างไรก็ตาม "พาร์ตอน" ยังคงถูกใช้เป็นคำรวมสำหรับส่วนประกอบของแฮดรอน (ควาร์ก แอนติควาร์ก และกลูออน ) ริชาร์ด เทย์เลอร์ , เฮนรี เคนดัลและเจอโรม ฟรีดแมนได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 1990 จากผลงานของพวกเขาที่ SLAC

การมีอยู่ของควาร์กแปลกได้รับการยืนยันทางอ้อมจากการทดลองการกระเจิงของ SLAC: ไม่เพียงแต่เป็นองค์ประกอบที่จำเป็นของแบบจำลองสามควาร์กของ Gell-Mann และ Zweig เท่านั้น แต่ยังให้คำอธิบายสำหรับ แฮดร อนเคออน ( K ) และไพอน ( π ) ที่ค้นพบในรังสีคอสมิกในปี 1947 อีกด้วย ^{[ 37 ]}

ในบทความปี 1970 Glashow, John IliopoulosและLuciano Maianiได้นำเสนอกลไก GIM (ตั้งชื่อตามอักษรย่อของพวกเขา) เพื่ออธิบายการไม่พบกระแสกลางที่เปลี่ยนรสชาติ ในการทดลอง แบบจำลองทางทฤษฎีนี้ต้องการการมีอยู่ของควาร์ กเสน่ห์ที่ยังไม่ถูกค้นพบ^{[ 38 ] [ 39 ]}จำนวนรสชาติของควาร์กที่คาดการณ์ไว้เพิ่มขึ้นเป็นหกรสชาติในปัจจุบันในปี 1973 เมื่อMakoto KobayashiและToshihide Maskawa ตั้งข้อสังเกตว่าการสังเกต การละเมิด CPในการทดลอง^{[ nb 3 ] [ 40 ]}สามารถอธิบายได้หากมีควาร์กอีกคู่หนึ่ง

ควาร์กเสน่ห์ถูกผลิตขึ้นเกือบพร้อมกันโดยสองทีมในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2517 (ดูการปฏิวัติเดือนพฤศจิกายน ) ทีมหนึ่งที่ SLAC ภายใต้การนำของBurton Richterและอีกทีมหนึ่งที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Brookhavenภายใต้การนำของ Samuel Tingควาร์กเสน่ห์ถูกสังเกตว่าจับกับแอนติควาร์กเสน่ห์ในเมซอน ทั้งสองฝ่ายได้กำหนดสัญลักษณ์ที่แตกต่างกันสองแบบให้กับเมซอนที่ค้นพบ คือ J และ ψ ดังนั้นจึงเป็นที่รู้จักอย่างเป็นทางการในชื่อเมซอนJ/ψการค้นพบนี้ทำให้ชุมชนฟิสิกส์เชื่อมั่นในความถูกต้องของแบบจำลองควาร์กในที่สุด^{[ 35 ]}

ในช่วงหลายปีต่อมา มีข้อเสนอแนะหลายประการเกี่ยวกับการขยายแบบจำลองควาร์กไปเป็นหกควาร์ก โดยบทความของHaim Harari ในปี 1975 ^{[ 41 ]}เป็นบทความแรกที่บัญญัติศัพท์คำว่าtopและbottomสำหรับควาร์กเพิ่มเติม^{[ 42 ]}

ในปี พ.ศ. 2520 ทีมงานที่เฟอร์มิแล็บซึ่งนำโดยลีออน เลเดอร์แมนได้ สังเกตเห็นควาร์กด้านล่าง ^{[ 43 ] [ 44 ]}นี่เป็นตัวบ่งชี้ที่ชัดเจนถึงการมีอยู่ของควาร์กด้านบน: หากไม่มีควาร์กด้านบน ควาร์กด้านล่างก็จะไม่มีคู่ จนกระทั่งปี พ.ศ. 2538 ควาร์กด้านบนจึงถูกสังเกตเห็นในที่สุด โดย ทีม CDF ^{[ 45 ]}และDØ ^{[ 46 ]}ที่เฟอร์มิแล็บเช่น กัน ^{[ 5 ]}มันมีมวลมากกว่าที่คาดไว้มาก^{[ 47 ]}เกือบเท่ากับอะตอม ของ ทองคำ^{[ 48 ]}

Gell-Mann ลังเลอยู่พักหนึ่งว่าจะสะกดคำที่เขาตั้งใจจะบัญญัติอย่างไรดี จนกระทั่งเขาพบคำว่าquarkใน หนังสือ Finnegans WakeของJames Joyce ในปี 1939 : ^{[ 49 ]}

– สามควาร์กสำหรับมัสเตอร์ มาร์ค! แน่นอนว่าเขาเห่าไม่เก่งนัก และถึงเขาจะเห่าก็คงไม่ตรงประเด็นสักเท่าไหร่

คำว่าquarkเป็นคำภาษาอังกฤษโบราณที่หมายถึงการร้องเสียงแหบ^{[ 50 ]}และบรรทัดที่ยกมาข้างต้นนั้นเกี่ยวกับคณะนักร้องประสานเสียงนกที่เยาะเย้ยกษัตริย์มาร์คแห่งคอร์นวอลล์ในตำนานของทริสตันและอิโซลต์ [ ^{51 ] โดย}เฉพาะอย่างยิ่งในส่วนที่พูดภาษาเยอรมันของโลก มีตำนานที่แพร่หลายว่าจอยซ์ได้นำคำนี้มาจากคำว่าQuark [ ^{52 ]} ซึ่ง เป็นคำภาษาเยอรมัน ที่มีต้นกำเนิดจาก ^ภาษาสลาฟที่หมายถึงชีสเคิร์ด [ ^{53 ] แต่}ก็เป็นคำพูดติดปากสำหรับ "เรื่องไร้สาระเล็กน้อย" ^{[ 54 ]}ในตำนานกล่าวว่าเขาได้ยินคำนี้ระหว่างการเดินทางไปเยอรมนีที่ตลาดเกษตรกรในเมืองไฟรบูร์ก [ ^{55 ] [ 56 ] อย่างไรก็ตาม} ผู้เขียนบางคนปกป้องความเป็นไปได้ที่คำว่า quark ของจอยซ์ มี ต้นกำเนิดมาจากภาษาเยอรมัน^{[ 57 ]} Gell-Mann ได้อธิบายรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับชื่อของควาร์กในหนังสือThe Quark and the Jaguar ของเขาในปี 1994 : ^{[ 58 ]}

ในปี 1963 เมื่อผมตั้งชื่อ "quark" ให้กับองค์ประกอบพื้นฐานของนิวคลีออน ผมนึกถึงเสียงก่อน โดยยังไม่ได้นึกถึงการสะกด ซึ่งอาจจะเป็น "kwork" ต่อมา ในระหว่างที่ผมอ่านหนังสือFinnegans Wakeของเจมส์ จอยซ์ เป็นครั้งคราว ผมก็เจอคำว่า "quark" ในวลี "Three quarks for Muster Mark" เนื่องจาก "quark" (ซึ่งหมายถึงเสียงร้องของนกนางนวล) ตั้งใจให้คล้องจองกับ "Mark" เช่นเดียวกับ "bark" และคำอื่นๆ ผมจึงต้องหาข้ออ้างที่จะออกเสียงว่า "kwork" แต่หนังสือเล่มนี้เป็นเรื่องราวความฝันของเจ้าของผับชื่อฮัมฟรีย์ ชิมป์เดน เอียร์วิคเกอร์ คำต่างๆ ในหนังสือมักจะมาจากหลายแหล่งพร้อมกัน เช่น คำ ผสมใน หนังสือ Through the Looking-Glass และบางครั้งก็มีวลีในหนังสือที่ได้รับอิทธิพลบางส่วนมาจากการสั่งเครื่องดื่มที่บาร์ ดังนั้น ผมจึงโต้แย้งว่า บางทีหนึ่งในแหล่งที่มาหลายแหล่งของเสียงร้อง "Three quarks for Muster Mark" อาจจะเป็น "Three quarts for Mister Mark" ซึ่งในกรณีนี้ การออกเสียง "kwork" ก็คงไม่ผิดเพี้ยนไปเสียทีเดียว ไม่ว่าในกรณีใด ตัวเลขสามก็เข้ากันได้อย่างลงตัวกับลักษณะการปรากฏของควาร์กในธรรมชาติ

Zweig ชอบใช้ชื่อaceสำหรับอนุภาคที่เขาตั้งทฤษฎีไว้ แต่คำศัพท์ของ Gell-Mann ได้รับความนิยมมากขึ้นเมื่อแบบจำลองควาร์กได้รับการยอมรับโดยทั่วไป^{[ 59 ]}

รสชาติของควาร์กได้รับการตั้งชื่อด้วยเหตุผลหลายประการ ควาร์กอัพและดาวน์ได้รับการตั้งชื่อตามส่วนประกอบอัพและดาวน์ของไอโซสปินที่พวกมันมีอยู่^{[ 60 ]}ควาร์กสเตรนจ์ได้รับการตั้งชื่อเพราะถูกค้นพบว่าเป็นส่วนประกอบของอนุภาคสเตรนจ์ที่ค้นพบในรังสีคอสมิกหลายปีก่อนที่จะมีการเสนอแบบจำลองควาร์ก อนุภาคเหล่านี้ถูกพิจารณาว่า "แปลก" เพราะพวกมันมีอายุขัยที่ยาวนานผิดปกติ^{[ 61 ]} Glashow ผู้ร่วมเสนอควาร์กชาร์มกับ Bjorken กล่าวว่า "เราเรียกโครงสร้างของเราว่า 'ควาร์กชาร์ม' เพราะเรารู้สึกทึ่งและพึงพอใจกับความสมมาตรที่มันนำมาสู่โลกของอนุภาคย่อยนิวเคลียร์" ^{[ 62 ]}ชื่อ "ท็อป" และ "บอททอม" ที่ Harari เป็นผู้บัญญัติขึ้นนั้นถูกเลือกเพราะเป็น "คู่ที่สมเหตุสมผลสำหรับควาร์กอัพและดาวน์" ^{[ 41 ] [ 42 ] [ 61 ]}ชื่อเรียกอื่นสำหรับควาร์กบนและล่างคือ "ความจริง" และ "ความงาม" ^{[หมายเหตุ 4 ]}แต่ชื่อเหล่านี้เลิกใช้ไปแล้ว^{[ 66 ]}แม้ว่า "ความจริง" จะไม่ได้รับความนิยม แต่บางครั้งเครื่องเร่งอนุภาคที่อุทิศให้กับการผลิตควาร์กล่างจำนวนมากก็ถูกเรียกว่า " โรงงานความงาม " ^{[ 67 ]}

ควาร์กมีค่าประจุไฟฟ้าเป็นเศษส่วน คือ − ⁠1/3หรือ +​2/3คูณด้วยประจุพื้นฐาน ( e ) ขึ้นอยู่กับชนิดของควาร์ก ควาร์กอัพ ควาร์กชาร์ม และควาร์กท็อป (รวมเรียกว่าควาร์กชนิดอัพ ) มีประจุ+2/3e  ;ควาร์กดาวน์ ควาร์กสเตรนจ์ และควาร์กบอตทอม ( ควาร์กชนิดดาวน์ ) มีประจุ−1/3e  .แอนติควาร์กมีประจุตรงข้ามกับควาร์กที่สอดคล้องกัน แอนติควาร์กชนิดอัพมีประจุ−2/3แอนติควาร์กชนิด e และ down มีประจุ+1/3 เนื่องจากประจุไฟฟ้าของแฮดรอนเป็นผลรวมของประจุของควาร์กที่เป็นส่วนประกอบ แฮดรอนทั้งหมดจึงมีประจุเป็นจำนวนเต็ม: การรวมกันของควาร์กสามตัว (แบริออน) แอนติควาร์กสามตัว (แอนติแบริออน) หรือควาร์กหนึ่งตัวและแอนติควาร์กหนึ่งตัว (เมซอน) จะส่งผลให้มีประจุเป็นจำนวนเต็มเสมอ[ 68 ^{]ตัวอย่างเช่น}แฮดรอนที่เป็นส่วนประกอบของนิวเคลียสอะตอม นิวตรอนและโปรตอน มีประจุ 0  eและ +1  eตามลำดับ นิวตรอนประกอบด้วยควาร์กดาวน์สองตัวและควาร์กอัพหนึ่งตัว และโปรตอนประกอบด้วยควาร์กอัพสองตัวและควาร์กดาวน์หนึ่งตัว^{[ 12 ]}

สปินเป็นคุณสมบัติโดยธรรมชาติของอนุภาคพื้นฐาน และทิศทางของสปินเป็นระดับอิสระ ที่สำคัญ บางครั้งสปินถูกมองว่าเป็นการหมุนของวัตถุรอบแกนของตัวเอง (จึงเป็นที่มาของชื่อ " สปิน ") แม้ว่าแนวคิดนี้จะค่อนข้างผิดพลาดในระดับย่อยอะตอม เนื่องจากเชื่อกันว่าอนุภาคพื้นฐานมีลักษณะเป็นจุด^{[ 69 ]}

สปินสามารถแสดงได้ด้วยเวกเตอร์ที่มีความยาววัดเป็นหน่วยของค่าคงที่พลังค์ลดรูปħ (อ่านว่า "เอช บาร์") สำหรับควาร์ก การวัดส่วนประกอบ ของเวกเตอร์สปิน ตามแกนใดๆ จะให้ค่าได้เพียง + ⁠ เท่านั้นชม/2หรือ −​ชม/2ด้วยเหตุนี้ ควาร์กจึงถูกจัดประเภทเป็นอนุภาคสปิน -1/2อนุภาค^{[ 70 ]}ส่วนประกอบของการหมุนตามแกนที่กำหนด—ตามธรรมเนียมคือแกน z—มักจะแสดงด้วยลูกศรขึ้น ↑ สำหรับค่า + ⁠1/2และลูกศรลง ↓สำหรับค่า−1/2⁠วางไว้หลังสัญลักษณ์ที่บ่งบอกถึงรสชาติ ตัวอย่างเช่น ควาร์กอัพที่มีสปิน + ⁠1/2⁠ตาม แกน zจะแสดงด้วย u↑ ^{[ 71 ]}

ควาร์กชนิดหนึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นควาร์กอีกชนิดหนึ่งได้ก็ต่อเมื่อผ่านปฏิกิริยาแบบอ่อน ซึ่งเป็นหนึ่งในสี่ปฏิกิริยาพื้นฐานในฟิสิกส์อนุภาค โดยการดูดซับหรือปล่อย โบ ซอน Wควาร์กชนิดอัพ (ควาร์กอัพ ควาร์กชาร์ม และควาร์กท็อป) สามารถเปลี่ยนเป็นควาร์กชนิดดาวน์ (ควาร์กดาวน์ ควาร์กสเตรนจ์ และควาร์กบอททอม) และในทางกลับกัน กลไกการเปลี่ยนชนิดควาร์กนี้ทำให้เกิดกระบวนการสลายตัวแบบเบตาซึ่งนิวตรอน ( n ) "แตกตัว" เป็นโปรตอน ( p ) และอิเล็กตรอน ( e)⁻) และอิเล็กตรอนแอนตินิวตริโน ( ν_อี(ดูภาพประกอบ) ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อควาร์กดาวน์ตัวใดตัวหนึ่งในนิวตรอน ( u d d ) สลายตัวเป็นควาร์กอัพโดยปล่อยW เสมือน ออกมา⁻โบซอน เปลี่ยนนิวตรอนให้เป็นโปรตอน ( u u d ) W⁻จากนั้นโบซอนจะสลายตัวเป็นอิเล็กตรอนและแอนตินิวตริโนอิเล็กตรอน^{[ 72 ]}

ทั้งการสลายตัวแบบเบตาและการสลายตัวแบบเบตาผกผัน นั้น ถูกนำมาใช้เป็นประจำในทางการแพทย์ เช่น การถ่ายภาพ ด้วยโพซิตรอนอีมิสชันโทโมกราฟี (PET) และในการทดลองที่เกี่ยวข้องกับการตรวจจับนิวตริโน

แม้ว่ากระบวนการแปลงรสชาติจะเหมือนกันสำหรับควาร์กทั้งหมด แต่ควาร์กแต่ละตัวก็มีแนวโน้มที่จะแปลงเป็นควาร์กในรุ่นของตัวเอง แนวโน้มสัมพัทธ์ของการแปลงรสชาติทั้งหมดอธิบายได้ด้วยตารางทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าเมทริกซ์ Cabibbo–Kobayashi–Maskawa (เมทริกซ์ CKM) เมื่อบังคับใช้ความเป็นเอกภาพขนาดโดยประมาณของรายการในเมทริกซ์ CKM คือ: ^{[ 73 ]}

${\displaystyle {\begin{bmatrix}|V_{\mathrm {ud} }|&|V_{\mathrm {us} }|&|V_{\mathrm {ub} }|\\|V_{\mathrm {cd} }|&|V_{\mathrm {cs} }|&|V_{\mathrm {cb} }|\\|V_{\mathrm {td} }|&|V_{\mathrm {ts} }|&|V_{\mathrm {tb} }|\end{bmatrix}}\ประมาณ {\begin{bmatrix}0.974&0.225&0.003\\0.225&0.973&0.041\\0.009&0.040&0.999\end{bmatrix}},}$

โดยที่V _ijแทนแนวโน้มของควาร์กชนิดiที่จะเปลี่ยนเป็นควาร์กชนิดj (หรือในทางกลับกัน) ^{[ nb 5 ]}

มีเมทริกซ์ปฏิสัมพันธ์อ่อนที่เทียบเท่ากันสำหรับเลปตอน (ด้านขวาของโบซอน W ในแผนภาพการสลายตัวของเบตาข้างต้น) เรียกว่าเมทริกซ์ Pontecorvo–Maki–Nakagawa–Sakata (เมทริกซ์ PMNS) ^{[ 74 ]}เมทริกซ์ CKM และ PMNS ร่วมกันอธิบายการแปลงรสชาติทั้งหมด แต่ความเชื่อมโยงระหว่างทั้งสองยังไม่ชัดเจน^{[ 75 ]}

ตามทฤษฎีควอนตัมโครโมไดนามิกส์ (QCD) ควาร์กมีคุณสมบัติที่เรียกว่าประจุสี มี ประจุสีสามประเภท ซึ่งกำหนด โดยพลการเป็น สีน้ำเงินสีเขียวและสีแดง^{[ nb 6 ]}แต่ละประเภทจะมีสีตรงข้าม คือแอนติบลูแอนติกรีนและแอนติเรด ควาร์กทุกตัวมีสี ในขณะที่แอนติควาร์กทุกตัวมีแอนติสี^{[ 76 ]}

ระบบการดึงดูดและการผลักกันระหว่างควาร์กที่มีประจุสีต่างกันสามสีเรียกว่าปฏิสัมพันธ์แบบแรงซึ่งมีตัวกลางเป็นอนุภาคที่นำพาแรงที่เรียกว่ากลูออนซึ่งจะกล่าวถึงโดยละเอียดด้านล่าง ทฤษฎีที่อธิบายปฏิสัมพันธ์แบบแรงเรียกว่าควอนตัมโครโมไดนามิกส์ (QCD) ควาร์กซึ่งจะมีค่าสีเดียว สามารถสร้างระบบผูกพันกับแอนติควาร์กที่มีแอนติคัลเลอร์ที่สอดคล้องกัน ผลลัพธ์ของการดึงดูดควาร์กสองตัวจะเป็นความเป็นกลางของสี: ควาร์กที่มีประจุสีξบวกกับแอนติควาร์กที่มีประจุสี −ξ จะส่งผลให้มีประจุสีเป็น 0 (หรือสี "ขาว") และการก่อตัวของเมซอนนี่เป็นสิ่งที่คล้ายคลึงกับ แบบจำลอง สีแบบบวก ใน ทัศนศาสตร์พื้นฐานในทำนองเดียวกัน การรวมกันของควาร์กสามตัว แต่ละตัวมีประจุสีต่างกัน หรือแอนติควาร์กสามตัว แต่ละตัวมีประจุแอนติคัลเลอร์ต่างกัน จะส่งผลให้มีประจุสี "ขาว" เดียวกันและการก่อตัวของแบริออนหรือแอนติแบริออน^{[ 77 ]}

ในฟิสิกส์อนุภาคสมัยใหม่สมมาตรเกจ ซึ่งเป็น กลุ่มสมมาตรชนิดหนึ่งเกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาค (ดูทฤษฎีเกจ ) สีSU(3) (โดยทั่วไปย่อเป็น SU(3) _c ) คือสมมาตรเกจที่เชื่อมโยงประจุสีในควาร์ก และเป็นสมมาตรที่กำหนดสำหรับควอนตัมโครโมไดนามิกส์^{[ 78 ]}เช่นเดียวกับกฎของฟิสิกส์ที่ไม่ขึ้นอยู่กับทิศทางในอวกาศที่กำหนดเป็นx , yและzและยังคงไม่เปลี่ยนแปลงหากแกนพิกัดถูกหมุนไปยังทิศทางใหม่ ฟิสิกส์ของควอนตัมโครโมไดนามิกส์ก็ไม่ขึ้นอยู่กับทิศทางในปริภูมิสีสามมิติที่ระบุว่าเป็นสีน้ำเงิน สีแดง และสีเขียว การแปลงสี SU(3) _cสอดคล้องกับ "การหมุน" ในปริภูมิสี (ซึ่งในทางคณิตศาสตร์คือปริภูมิเชิงซ้อน ) ควาร์กทุกรสชาติfแต่ละรสชาติมีชนิดย่อยf _B , f _G , f _Rที่สอดคล้องกับสีของควาร์ก^{[ 79 ]} ก่อตัวเป็นทริปเล็ต: สนามควอนตัมสามองค์ประกอบที่แปลงภายใต้การแสดง พื้นฐาน ของ SU(3) _c ^{[ 80 ]}ข้อกำหนดที่ว่า SU(3) _cควรเป็นแบบโลคอล — นั่นคือ การแปลงของมันได้รับอนุญาตให้เปลี่ยนแปลงไปตามพื้นที่และเวลา—กำหนดคุณสมบัติของปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันบ่งบอกถึงการมีอยู่ของกลูออนแปดประเภทเพื่อทำหน้าที่เป็นตัวพาแรง^{[ 78 ] [ 81 ]}

มีการใช้สองคำในการอ้างถึงมวลของควาร์ก: มวลควาร์กปัจจุบันหมายถึงมวลของควาร์กเพียงอย่างเดียว ในขณะที่มวลควาร์กองค์ประกอบหมายถึงมวลควาร์กปัจจุบันบวกกับมวลของสนามอนุภาคกลูออน ที่ล้อมรอบควาร์ก^{[ 82 ]}โดยทั่วไปมวลเหล่านี้จะมีค่าแตกต่างกันมาก มวลส่วนใหญ่ของแฮดรอนมาจากกลูออนที่ยึดควาร์กองค์ประกอบเข้าด้วยกัน มากกว่ามาจากควาร์กเอง แม้ว่ากลูออนจะไม่มีมวลโดยเนื้อแท้ แต่พวกมันมีพลังงาน—โดยเฉพาะอย่างยิ่งพลังงานยึดเหนี่ยวควอนตัมโครโมไดนามิกส์ (QCBE)—และนี่คือสิ่งที่ทำให้เกิดมวลโดยรวมของแฮดรอนอย่างมาก (ดูมวลในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ) ตัวอย่างเช่น โปรตอนมีมวลประมาณ938  MeV/ c²ซึ่งมวลนิ่งของควาร์กวาเลนซ์ทั้งสามตัวมีส่วนร่วมเพียงประมาณ^{เท่านั้น}9 MeV/ c²ส่วนที่เหลือส่วนใหญ่สามารถอธิบายได้ด้วยพลังงานสนามของกลูออน^{[ 83 ] [ 84 ]} (ดูการแตกสมมาตรไครัล ) แบบจำลองมาตรฐานตั้งสมมติฐานว่าอนุภาคพื้นฐานได้รับมวลจาก กลไกฮิ ^กส์ซึ่งเกี่ยวข้องกับโบซอนฮิกส์หวังว่าการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับสาเหตุของมวลขนาดใหญ่ของควาร์กท็อปที่ ~173 GeV/ c² ^ซึ่งเกือบเท่ากับมวลของอะตอมทองคำ^{[ 83 ] [ 85 ]}อาจเปิดเผยเพิ่มเติมเกี่ยวกับที่มาของมวลของควาร์กและอนุภาคพื้นฐานอื่นๆ^{[ 86 ]}

ในทฤษฎี QCD ควาร์กถือเป็นอนุภาคจุดที่ไม่มีโครงสร้าง จากหลักฐานเชิงทดลองในปี 2014 พบว่าควาร์กไม่มีโครงสร้างใดที่มีขนาดใหญ่กว่า 10⁻⁴ ^เท่าของขนาดโปรตอน กล่าวคือ เล็กกว่า10 ⁻¹⁹  ม . ^{[ 87 ]}

ตารางต่อไปนี้สรุปคุณสมบัติหลักของควาร์กทั้งหกชนิด เลขควอนตัมของรสชาติ ( ไอโซสปิน₍ I3 ) , เสน่ห์ ( C ), ความแปลกประหลาด ( S , ไม่ควรสับสนกับสปิน), ท็อปเนส ( T ) และบอททอมเนส ( B ′)) ถูกกำหนดให้กับรสชาติของควาร์กบางชนิด และบ่งบอกถึงคุณสมบัติของระบบที่ใช้ควาร์กและแฮดรอนเลขแบริออน ( B ) คือ + ⁠1/3สำหรับควาร์กทั้งหมด ประจุไฟฟ้า ( Q ) และเลขควอนตัมรสชาติทั้งหมด ( B , I3 , C , S , T และ B ′ ) จะมีเครื่องหมายตรงข้ามกัน มวลและโมเมนตัมเชิงมุมรวม ( J ; เท่ากับสปินสำหรับอนุภาคจุด) จะไม่เปลี่ยนเครื่องหมายสำหรับแอนติควาร์ _ก

ตามที่อธิบายไว้โดยควอนตัมโครโมไดนามิกส์ปฏิสัมพันธ์อันแรงระหว่างควาร์กนั้นเกิดขึ้นโดยผ่านกลูออน ซึ่งเป็นโบซอนเกจเวกเตอร์ ไร้มวล กลูออนแต่ละตัวมีประจุสีหนึ่งตัวและประจุแอนติสีหนึ่งตัว ในกรอบมาตรฐานของปฏิสัมพันธ์ของอนุภาค (ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสูตรทั่วไปที่เรียกว่าทฤษฎีการรบกวน ) กลูออนจะถูกแลกเปลี่ยนระหว่างควาร์กอย่างต่อเนื่องผ่าน กระบวนการ ปล่อยและดูดซับเสมือน เมื่อกลูออนถูกถ่ายโอนระหว่างควาร์ก การเปลี่ยนแปลงสีจะเกิดขึ้นในทั้งสอง ตัวอย่างเช่น ถ้าควาร์กสีแดงปล่อยกลูออนสีแดง-แอนติสีเขียว มันจะกลายเป็นสีเขียว และถ้าควาร์กสีเขียวดูดซับกลูออนสีแดง-แอนติสีเขียว มันจะกลายเป็นสีแดง ดังนั้น ในขณะที่สีของควาร์กแต่ละตัวเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง ปฏิสัมพันธ์อันแรงของพวกมันก็ยังคงอยู่^{[ 88 ] [ 89 ] [ 90 ]}

เนื่องจากกลูออนมีประจุสี พวกมันจึงสามารถปล่อยและดูดซับกลูออนอื่นๆ ได้เอง ซึ่งทำให้เกิดอิสรภาพเชิงอะซิมโทติก : เมื่อควาร์กเข้าใกล้กันมากขึ้น แรงยึดเหนี่ยวโครโมไดนามิกส์ระหว่างพวกมันจะอ่อนลง^{[ 91 ]}ในทางกลับกัน เมื่อระยะห่างระหว่างควาร์กเพิ่มขึ้น แรงยึดเหนี่ยวจะแข็งแกร่งขึ้น สนามสีจะเกิดความเครียด เช่นเดียวกับแถบยางยืดที่เกิดความเครียดเมื่อถูกยืด และกลูออนที่มีสีที่เหมาะสมจะถูกสร้างขึ้นเองโดยธรรมชาติเพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับสนาม เหนือเกณฑ์พลังงานที่กำหนด คู่ของควาร์กและแอนติควาร์กจะถูกสร้างขึ้นคู่เหล่านี้จะยึดเหนี่ยวกันโดยที่ควาร์กที่แยกออกจากกันทำให้เกิดแฮดรอนใหม่ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการกักขังสี : ควาร์กจะไม่ปรากฏแยกเดี่ยว^{[ 92 ] [ 93 ]}กระบวนการสร้างแฮดรอน นี้ เกิดขึ้นก่อนที่ควาร์กที่เกิดขึ้นในการชนกันที่มีพลังงานสูงจะสามารถมีปฏิสัมพันธ์ในรูปแบบอื่นได้ ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือควาร์กท็อป ซึ่งอาจสลายตัวก่อนที่จะกลายเป็นแฮดรอน^{[ 94 ]}

แฮดรอนประกอบด้วย ควาร์กวาเลนซ์ ( q) ร่วมกับ ควาร์กวาเลนซ์_วี) ที่มีส่วนช่วยในเลขควอนตัม ของพวกมัน คือคู่ควาร์ก-แอนติควาร์กเสมือน (q q) ที่รู้จักกันในชื่อควาร์กทะเล ( q_สควาร์กทะเลเกิดขึ้นเมื่อกลูออนของสนามสีของแฮดรอนแตกตัว กระบวนการนี้ยังทำงานในทางกลับกันด้วย กล่าวคือ การทำลายล้างของควาร์กทะเลสองตัวจะสร้างกลูออนขึ้นมา ผลลัพธ์คือกระแสการแตกตัวและการสร้างกลูออนอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเรียกกันทั่วไปว่า "ทะเล" ^{[ 95 ]}ควาร์กทะเลมีความเสถียรน้อยกว่าควาร์กวาเลนซ์ และโดยทั่วไปจะทำลายล้างกันเองภายในแฮดรอน อย่างไรก็ตาม ควาร์กทะเลสามารถกลายเป็นอนุภาคแบริโอนิกหรือเมโซนิกได้ภายใต้สถานการณ์บางอย่าง^{[ 96 ]}

ภายใต้เงื่อนไขที่รุนแรงเพียงพอ ควาร์กอาจ "หลุดพ้น" จากสถานะผูกพันและแพร่กระจายเป็นการกระตุ้น "อิสระ" ที่เป็นความร้อนในตัวกลางที่ใหญ่กว่า ในระหว่างอิสรภาพเชิงอะซิมโทติกปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งจะอ่อนลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ในที่สุด การกักขังสีจะสูญหายไปอย่างมีประสิทธิภาพในพลาสมา ที่ร้อน จัดของควาร์กและกลูออนที่เคลื่อนที่อย่างอิสระ เฟสทางทฤษฎีของสสารนี้เรียกว่าพลาสมาควาร์ก-กลูออน^{[ 99 ]}

เงื่อนไขที่แน่ชัดซึ่งจำเป็นต่อการก่อให้เกิดสภาวะนี้ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด และเป็นหัวข้อของการคาดเดาและการทดลองมากมาย มีการประมาณการว่าอุณหภูมิที่จำเป็นคือ...(1.90 ± 0.02) × 10 ¹²เคลวิน [ ^{100 ] แม้ว่า}สถานะของควาร์กและกลูออนที่เป็นอิสระอย่างสมบูรณ์จะไม่เคยเกิดขึ้น (แม้จะมีความพยายามมากมายจากCERNในช่วงทศวรรษ 1980 และ 1990) ^{[ 101 ]}การทดลองล่าสุดที่เครื่องเร่งอนุภาคหนักเชิงสัมพัทธภาพได้ให้หลักฐานสำหรับสสารควาร์กที่มีลักษณะคล้ายของเหลวซึ่งแสดงการเคลื่อนที่ของของเหลวที่ " เกือบสมบูรณ์แบบ" ^{[ 102 ]}

พลาสมาควาร์ก-กลูออนจะมีลักษณะเฉพาะคือจำนวนคู่ควาร์กที่หนักกว่าจะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อเทียบกับจำนวนคู่ควาร์กอัพและดาวน์ เชื่อกันว่าในช่วงเวลาก่อน 10 ⁻⁶วินาทีหลังจากบิ๊กแบง ( ยุคควาร์ก ) เอกภพเต็มไปด้วยพลาสมาควาร์ก-กลูออน เนื่องจากอุณหภูมิสูงเกินไปสำหรับแฮดรอนที่จะคงสภาพเสถียรได้^{[ 103 ]}

เมื่อพิจารณาความหนาแน่นของแบริออนที่สูงเพียงพอและอุณหภูมิที่ค่อนข้างต่ำ—ซึ่งอาจเทียบได้กับอุณหภูมิที่พบในดาวนิวตรอน —คาดว่าสสารควาร์กจะเสื่อมสภาพกลายเป็นของเหลวเฟอร์มิของควาร์กที่มีปฏิสัมพันธ์กันอย่างอ่อน ของเหลวนี้จะมีลักษณะเฉพาะด้วยการควบแน่นของคู่คู เปอร์ควาร์ก สี ซึ่ง จะทำให้ สมมาตรSU(3) _c ในท้องถิ่นแตกสลาย เนื่องจากคู่คูเปอร์ควาร์กมีประจุสี สสารควาร์กในเฟสนี้จึงเป็นตัวนำยิ่งยวดสีกล่าวคือ ประจุสีจะสามารถผ่านมันไปได้โดยไม่มีความต้านทาน^{[ 104 ]}

• A. Ali; G. Kramer (2011). "JETS และ QCD: การทบทวนประวัติศาสตร์ของการค้นพบเจ็ตควาร์กและกลูออนและผลกระทบต่อ QCD" European Physical Journal H . 36 (2): 245. arXiv : 1012.2288 . Bibcode : 2011EPJH...36..245A . doi : 10.1140/epjh/e2011-10047-1 . S2CID  54062126 .
• R. Bowley; E. Copeland. "ควาร์ก" . สัญลักษณ์หกสิบแบบ . สำนักพิมพ์ Brady Haranสำหรับมหาวิทยาลัยนอตติงแฮม .
• DJ Griffiths (2008). บทนำเกี่ยวกับอนุภาคพื้นฐาน (ฉบับที่ 2). Wiley–VCH . ISBN 978-3-527-40601-2.
• ไอ.เอส. ฮิวจ์ส (1985). อนุภาคพื้นฐาน (ฉบับที่ 2). สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ . ISBN 978-0-521-26092-3.
• R. Oerter (2005). ทฤษฎีแห่งเกือบทุกสิ่ง: แบบจำลองมาตรฐาน ชัยชนะที่ไม่ได้รับการยกย่องของฟิสิกส์สมัยใหม่สำนักพิมพ์ Pi Press ISBN 978-0-13-236678-6.
• เอ. พิคเคอริง (1984). การสร้างควาร์ก: ประวัติศาสตร์ทางสังคมวิทยาของฟิสิกส์อนุภาค . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยชิคาโก . ISBN 978-0-226-66799-7.
• บี. โพฟห์ (1995). อนุภาคและนิวเคลียส: บทนำสู่แนวคิดทางฟิสิกส์ . สปริงเกอร์-เวอร์แลก . ISBN 978-0-387-59439-2.
• เอ็ม. ริออร์แดน (1987). การล่าควาร์ก: เรื่องจริงของฟิสิกส์สมัยใหม่ . ไซมอน แอนด์ ชูสเตอร์ . ISBN 978-0-671-64884-8.
• BA Schumm (2004). Deep Down Things: The Breathtaking Beauty of Particle Physics . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยจอห์นส์ฮ อปกินส์ . ISBN 978-0-8018-7971-5.

Wikimedia Commons มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับQuark

ค้นหาคำว่า "quark"ใน Wiktionary ซึ่งเป็นพจนานุกรมออนไลน์ฟรี

• ปาฐกถารับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 1969 โดยเมอร์เรย์ เกลล์-แมนน์
• ปาฐกถารับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 1976 โดยเบอร์ตัน ริชเตอร์
• ปาฐกถารับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 1976 โดย ซามูเอล ซีซี ติง
• ปาฐกถารางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2008 โดยมาโกโตะ โคบายาชิ
• ปาฐกถารางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2008 โดย โทชิฮิเดะ มาสกาวะ
• ควาร์กตัวบนและอนุภาคฮิกส์ โดย ที.เอ. เฮปเพนไฮเมอร์  – คำอธิบายเกี่ยวกับ การทดลองของ ซีิร์นในการนับตระกูลของควาร์ก
• เว็บไซต์ Think Big, ควาร์กและกลูออน
• เว็บไซต์ Think Big, Quarks 2019