Che cos'è un quark?
Un quark è una minuscola particella teorica che costituisce i protoni e i neutroni nel nucleo atomico. Insieme ai gluoni, i quark formano anche adroni più esotici come i mesoni, che non sono stabili. Si chiama teorico perché, pur supponendo che la sua esistenza costituisca una migliore teoria della fisica, non è mai stata osservata direttamente.
Insieme ai leptoni - elettroni, muoni, tau, e i loro neutrini e antiparticelle associati - i quark formano tutta la materia visibile nell'universo. Sono le uniche particelle fondamentali che interagiscono tra loro attraverso tutte e quattro le forze fondamentali: forza nucleare forte, forza nucleare debole, forza elettromagnetica e gravità. Una proprietà di base di queste particelle è il confinamento: tutti i quark formano gli adroni e non sono necessariamente mai indipendenti. Le descrizioni delle loro proprietà fisiche sono emerse dalla cromodinamica quantistica (QCD), la teoria della forte forza nucleare che tiene insieme il nucleo atomico.
Come tutte le altre particelle subatomiche, i quark possono essere descritti esaurientemente da tre numeri quantici: spin J, parità P e massa m. Poiché non sono mai isolati, queste proprietà devono essere dedotte osservando le particelle più grandi che formano. Esistono sei tipi conosciuti: su, giù, fascino, strano, alto e basso. Questi nomi sono puramente arbitrari e non suggeriscono nulla sulle proprietà di ciascun quark.
La materia normale che costituisce la maggior parte dell'universo è costituita da quark up e down, che sono le particelle più leggere. Un protone è composto da due quark up e uno down, mentre un neutrone è composto da due quark down e uno quark up.
I quark hanno masse variabili, che vengono misurate in GeV (giga elettronvolt) sulla velocità della luce al quadrato. Le particelle subatomiche sono misurate in termini di energia che producono piuttosto che in massa in grammi. Il quark down è circa il doppio di quello up. Lo strano è circa 20 volte più massiccio del quark down. Il quark charm è circa 10 volte più grande di quello, seguito dal fondo, che è circa tre volte più grande dell'ultimo, e infine il quark top, che è il più massiccio di tutti. L'aumento della massa tende a corrispondere alla scarsità della particella e richiede condizioni fisiche più esotiche per la sua manifestazione.
I fisici sono alla ricerca di quark teorizzati, un ipotetico reticolo fatto di quark continui collegati da gluoni. Non è ancora noto se questo tipo di materia sia fisicamente possibile. In tal caso, probabilmente si troverebbe nel nucleo di stelle estremamente compatte che non sono ancora crollate in un buco nero.