Vad är en kvark?
En kvark är en liten teoretisk partikel som utgör protoner och neutroner i atomkärnan. Tillsammans med gluoner utgör kvarkar också mer exotiska hadroner som mesoner, som inte är stabila. Det kallas teoretiskt eftersom det förutsatt att det finns en bättre fysikteori, men det har aldrig observerats direkt.
Tillsammans med leptoner - elektroner, muoner, tau och deras tillhörande neutrinoer och antipartiklar - utgör kvarker all den synliga materien i universum. De är de enda grundläggande partiklarna som interagerar med varandra genom alla fyra grundläggande krafter: stark kärnkraft, svag kärnkraft, elektromagnetisk kraft och tyngdkraft. En grundläggande egenskap hos dessa partiklar är inneslutning - alla kvarkar utgörs av hadroner och är nödvändigtvis aldrig oberoende. Beskrivningar av deras fysiska egenskaper kom från kvantkromodynamik (QCD), teorin om den starka kärnkraften som håller atomkärnan samman.
Liksom alla andra subatomära partiklar kan kvark beskrivas uttömmande med tre kvantantal: vridning J, paritet P och massa m. Eftersom de aldrig är isolerade måste dessa egenskaper dras ut genom att observera de större partiklarna som de utgör. Det finns sex kända typer: upp, ner, charm, konstigt, topp och botten. Dessa namn är rent godtyckliga och föreslår ingenting om varje kvarks egenskaper.
Den normala materien som utgör majoriteten av universum består av upp och ner kvarkar, som är de lättaste av partiklarna. En proton är gjord av två upp och en ner kvark, medan en neutron består av två ner och en upp kvark.
Kvarkar har varierande massor, som mäts i GeV (giga elektron-volt) över ljusets kvadratiska hastighet. Subatomiska partiklar mäts i termer av den energi de producerar snarare än massa i gram. Den nedre kvarken är ungefär dubbelt så massiv som uppåt. Det konstiga är ungefär 20 gånger så massivt som dunkvarken. Charmkvarken är ungefär tio gånger så massiv som den följt av botten, som är ungefär tre gånger så massiv som den sista, och slutligen toppkvarken, som är den mest massiva av alla. Ökande massa tenderar att motsvara partiklens knapphet och kräver mer exotiska fysiska förhållanden för dess manifestation.
Fysiker är på jakt efter teoretiserad kvarkmaterial, ett hypotetiskt gitter av kontinuerliga kvarkar förbundna med gluoner. Det är ännu inte känt om denna typ av materia är fysiskt möjlig. Om så är fallet, hittas det troligen i kärnan hos extremt kompakta stjärnor som ännu inte har kollapsat i ett svart hål.