Kvarky

Kvarky sú (spolu s leptónmi) najmenšími známymi stavebnými jednotkami hmoty.

Tieto častice sa nikdy nevyskytujú osamotené, vždy len v kombinácií s inými kvarkmi vo väčších časticiach hmoty. Kvarky majú svoje antičastice – antikvarky, ktoré vytvárajú antihmotu. Voľné kvarky objavené neboli, napriek tomu, že po Veľkom tresku boli podľa teórií prvé častice vo vesmíre. Predpokladá sa teda, že stále môžu existovať osamotené, hoci je veľmi pravdepodobné, že sa zlučujú pri akýchkoľvek podmienkach.

Spojené kvarky vytvárajú hardóny, čo sú podatómové častice, ako napríklad protóny a neutróny. Sú to kombinácie kvarkov, ktoré vytvárajú hmotu.

Hadróny sa delia na baryóny a mezóny. Baryóny (ako protóny a neutróny) sa skladajú z troch kvarkov, poprípade antikvarkov. Sami o sebe majú náboj rovný nule, pretože sa ich jednotlivé náboje navzájom vykrátia. Ku každému baryónu existuje partner z antihmoty. Mezóny sú spojením páru: kvarku a antikvarku.

Kvarky nesú aj takzvaný farebný náboj. Ten nadobúda hodnotu červenej, zelenej alebo modrej farby. Antikvarky nesú opačný farebný náboj a to antičervená, antizelená alebo antimodrá. Farebný náboj napriek svojmu názvu nemá žiaden priamy súvis so svetlom. Názov farba bol zvolený v súvislosti s teóriou miešania farieb z optiky. Napríklad častica pozostávajúca z troch kvarkov s farbami červená, zelená a modrá má výslednú farbu bielu a nenesie žiaden farebný náboj. Podobne častica zložená z kvarku s farebným nábojom červená a antikvarku s farebným nábojom antičervená opäť nenesie žiaden farebný náboj.

Protóny a neutróny pozostávajú z kvarkov. Bez kvarkov by neexistovali atómy a bez atómov by neexistovala hmota. Protón je tvorený dvoma kvarkami u a jedným d (uud), zatiaľčo neutrón jedným kvarkom u a dvoma d (udd).

Najčastejšie sa stretáme s kvarkmi u a d, obsahuje ich bežná hmota. Sú to najľahšie a najjednoduchšie kvarky. Ďalej kvarky c a s, vyskytujú sa v kozmických lúčoch. Ďalšie dva t a b sa nevyskytujú v bežných podmienkach. Vytvorili ich vedci v laboratóriách.

Na rozdiel od väčšiny bežných častíc, kvarky nenesú celočíselný elektrický náboj (odvodený od základného náboja e – náboja jedného protónu), ale zlomkový náboj. Spojením elektrických nábojov týchto kvarkov dostaneme náboj protónu, teda 1 (2/3 + 2/3 - 1/3 = 1). Neutróny obsahujú jeden u kvark a dva d kvarky. Náboje týchto kvarkov dávajú neutrónu náboj 0 (2/3 – 1/3 – 1/3 = 0).

Mnohí fyzici a astronómovia si myslia, že na Zemi sa vyskytovalo všetkých 6 druhov kvarkov. Tie ťažšie sa však rozpadli na menšie kvarky. Pôvodne boli kvarky predpovedané v roku 1964 Murrayom Gell-Mannom, za čo dostal v roku 1969 po dokázaní tejto teórie Nobelovu cenu.