Wat is een quark?
Een quark is een klein theoretisch deeltje dat protonen en neutronen vormt in de atoomkern. Samen met gluonen vormen quarks ook meer exotische hadrons zoals mesonen, die niet stabiel zijn. Het wordt theoretisch genoemd omdat, hoewel het ervan uitgaat dat het een betere fysica-theorie oplevert, het nooit rechtstreeks is waargenomen.
Samen met leptonen - elektronen, muonen, de tau en hun bijbehorende neutrino's en antideeltjes - vormen quarks alle zichtbare materie in het universum. Ze zijn de enige fundamentele deeltjes die op elkaar inwerken via alle vier fundamentele krachten: sterke kernkracht, zwakke kernkracht, elektromagnetische kracht en zwaartekracht. Een basiseigenschap van deze deeltjes is opsluiting - alle quarks vormen hadrons en zijn noodzakelijkerwijs nooit onafhankelijk. Beschrijvingen van hun fysische eigenschappen zijn voortgekomen uit de kwantumchromodynamica (QCD), de theorie van de sterke kernkracht die de atoomkern bij elkaar houdt.
Net als alle andere subatomaire deeltjes kunnen quarks uitvoerig worden beschreven door drie kwantumgetallen: spin J, pariteit P en massa m. Omdat ze nooit geïsoleerd worden, moeten deze eigenschappen worden afgeleid door de grotere deeltjes die ze vormen te observeren. Er zijn zes bekende typen: omhoog, omlaag, charme, vreemd, boven en onder. Deze namen zijn puur willekeurig en suggereren niets over de eigenschappen van elke quark.
De normale materie die het grootste deel van het universum vormt, bestaat uit op en neer quarks, die de lichtste van de deeltjes zijn. Een proton bestaat uit twee omhoog en één omlaag quark, terwijl een neutron bestaat uit twee omlaag en één omhoog quark.
Quarks hebben variërende massa's, die worden gemeten in GeV (giga elektron-volt) over de snelheid van het kwadraat van het licht. Subatomaire deeltjes worden gemeten in termen van de energie die ze produceren in plaats van massa in grammen. De down quark is ongeveer twee keer zo groot als de up. Het vreemde is ongeveer 20 keer zo groot als de down quark. De charm-quark is ongeveer 10 keer zo groot, gevolgd door de bodem, die ongeveer drie keer zo massief is als de laatste, en uiteindelijk de bovenste quark, die de meest massale van allemaal is. Toenemende massa neigt overeen te komen met schaarste van het deeltje, en vereist meer exotische fysieke omstandigheden voor zijn manifestatie.
Natuurkundigen zijn op zoek naar theoretische quark-materie, een hypothetisch rooster gemaakt van continue quarks verbonden door gluonen. Het is nog niet bekend of dit soort materie fysiek mogelijk is. Als dat zo is, zou het waarschijnlijk te vinden zijn in de kern van extreem compacte sterren die nog niet in een zwart gat zijn ingestort.