Кварки: Фундаментальные частицы материи и их античастицы.

Введение

Элементарная частица, основной составляющий материи. Элементарная частица и ее античастица.

Кварк (/k//w//ɔːr//k//, //k//w//ɑːr//k/) — тип элементарной частицы и основной составляющий материи. Кварки объединяются, образуя составные частицы, называемые адронами, наиболее стабильными из которых являются протоны и нейтроны, компоненты атомных ядер. Вся обычно наблюдаемая материя состоит из верхних кварков, нижних кварков и электронов. Вследствие явления, известного как цветовое удержание, кварки никогда не встречаются в изоляции; их можно обнаружить только внутри адронов, включающих барионы (такие как протоны и нейтроны) и мезоны, или в кварк-глюонной плазме. По этой причине большая часть знаний о кварках получена из наблюдений адронов. Кварки обладают различными внутренними свойствами, включая электрический заряд, массу, цветовой заряд и спин. Они являются единственными элементарными частицами в Стандартной модели физики частиц, испытывающими все четыре фундаментальных взаимодействия, также известные как фундаментальные силы (электромагнетизм, гравитация, сильное взаимодействие и слабое взаимодействие), а также единственными известными частицами, электрические заряды которых не являются целочисленными кратами элементарного заряда. Существует шесть типов кварков, известных как ароматы: верхний, нижний, очарованный, странный, истинный и прелестный. Верхние и нижние кварки обладают наименьшей массой среди всех кварков. Более тяжелые кварки быстро превращаются в верхние и нижние кварки посредством процесса распада частиц: перехода из состояния с большей массой в состояние с меньшей массой. В связи с этим верхние и нижние кварки, как правило, стабильны и наиболее распространены во Вселенной, в то время как странные, очарованные, истинные и прелестные кварки могут быть получены только при высокоэнергетических столкновениях (таких как столкновения космических лучей и в ускорителях частиц). Для каждого аромата кварка существует соответствующий тип античастицы, известный как антикварк, который отличается от кварка только тем, что некоторые его свойства (например, электрический заряд) имеют равную величину, но противоположный знак. Кварковая модель была независимо предложена физиками Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвайгом в 1964 году. Кварки были введены как часть схемы упорядочения адронов, и до экспериментов по глубокому неупругому рассеянию в Стэнфордском линейном ускорителе в 1968 году было мало доказательств их физического существования. Эксперименты в рамках ускорительной программы предоставили доказательства существования всех шести ароматов. Истинный кварк, впервые обнаруженный в Фермилабе в 1995 году, был последним из обнаруженных. Кварки являются спиновыми частицами, что означает, что они являются фермионами в соответствии с теоремой спин-статистики. Они подчиняются принципу исключения Паули, который гласит, что два идентичных фермиона не могут одновременно занимать одно и то же квантовое состояние. Это в отличие от бозонов (частиц с целым спином), любое количество которых может находиться в одном и том же состоянии. В отличие от лептонов, кварки обладают цветовым зарядом, который заставляет их участвовать в сильном взаимодействии. В результате притяжения между различными кварками образуются составные частицы, известные как адроны (см. "Сильное взаимодействие и цветовой заряд" ниже). Кварки, определяющие квантовые числа адронов, называются валентными кварками; помимо них, любой адрон может содержать неопределенное количество виртуальных "морских" кварков, антикварков и глюонов, которые не влияют на его квантовые числа. Существует два семейства адронов: барионы, содержащие три валентных кварка, и мезоны, содержащие валентный кварк и антикварк. Наиболее распространенными барионами являются протон и нейтрон, строительные блоки атомного ядра. Известно большое количество адронов (см. список барионов и список мезонов), большинство из которых различаются по своему кварковому составу и свойствам, которые придают им эти составляющие кварки. Существование "экзотических" адронов с большим количеством валентных кварков, таких как тетракварки и пентакварки, предполагалось с момента появления кварковой модели, но было обнаружено только в начале XXI века. Элементарные фермионы группируются в три поколения, каждое из которых состоит из двух лептонов и двух кварков. Первое поколение включает верхние и нижние кварки, второе — странные и очарованные кварки, а третье — истинные и прелестные кварки. Все поиски четвертого поколения кварков и других элементарных фермионов не увенчались успехом, и существует сильное косвенное свидетельство того, что существует не более трех поколений. Частицы в более высоких поколениях обычно имеют большую массу и меньшую стабильность, что приводит к их распаду в частицы более низких поколений посредством слабых взаимодействий. Только кварки первого поколения (верхние и нижние) обычно встречаются в природе. Более тяжелые кварки могут быть созданы только при высокоэнергетических столкновениях (например, при столкновениях космических лучей) и быстро распадаются; однако считается, что они присутствовали в первые доли секунды после Большого взрыва, когда Вселенная находилась в чрезвычайно горячей и плотной фазе (кварковая эпоха). Исследования более тяжелых кварков проводятся в искусственно созданных условиях, таких как ускорители частиц. Обладая электрическим зарядом, массой, цветовым зарядом и ароматом, кварки являются единственными известными элементарными частицами, участвующими во всех четырех фундаментальных взаимодействиях современной физики: электромагнетизме, гравитации, сильном взаимодействии и слабом взаимодействии. Физик Юваль Неэман независимо разработал схему, аналогичную "Восьмеричному пути" в том же году. Ранняя попытка организации составляющих была предпринята в модели Сакаты. К моменту появления кварковой теории "зоопарк частиц" включал в себя множество адронов, среди других частиц. Гелл-Манн и Цвайг предположили, что они не являются элементарными частицами, а вместо этого состоят из комбинаций кварков и антикварков. Их модель включала три аромата кварков: верхний, нижний и странный, которым они приписывали такие свойства, как спин и электрический заряд. Менее чем через год были предложены расширения модели Гелл-Манна — Цвайга. Шелдон Глашоу и Джеймс Бьоркен предсказали существование четвертого аромата кварка, который они назвали очарованным. Добавление было предложено, поскольку оно позволило бы лучше описать слабое взаимодействие (механизм, позволяющий кваркам распадаться), уравняло количество известных кварков с количеством известных лептонов и подразумевало формулу массы, которая правильно воспроизводила массы известных мезонов. Эксперименты по глубокому неупругому рассеянию, проведенные в 1968 году в Стэнфордском линейном ускорителе (SLAC) и опубликованные 20 октября 1969 года, показали, что протон содержит гораздо более мелкие, точечные объекты и, следовательно, не является элементарной частицей. В то время физики неохотно отождествляли эти объекты с кварками, вместо этого называя их "партонами" — термин, введенный Ричардом Фейнманом. Объекты, наблюдаемые в SLAC, позже были идентифицированы как верхние и нижние кварки по мере открытия других ароматов. Тем не менее, "партон" остается в употреблении как коллективный термин для составляющих адронов (кварков, антикварков и глюонов). Ричард Тейлор, Генри Кендалл и Джером Фридман получили Нобелевскую премию по физике 1990 года за свою работу в SLAC. Существование странного кварка было косвенно подтверждено рассеивающими экспериментами SLAC: он был не только необходимым компонентом трехкварковой модели Гелл-Манна и Цвайга, но и давал объяснение каонам и пионам, обнаруженным в космических лучах в 1947 году. В статье 1970 года Глашоу, Джон Илиопулос и Лучано Маиани представили механизм GIM (названный по их инициалам) для объяснения экспериментального ненаблюдения нейтральных токов, изменяющих аромат. Эта теоретическая модель требовала существования еще не открытого очарованного кварка. Количество предполагаемых ароматов кварков выросло до нынешних шести в 1973 году, когда Макото Кобаяси и Тосихиде Маскава отметили, что экспериментальное наблюдение нарушения CP может быть объяснено, если бы существовала еще одна пара кварков. Очарованные кварки были произведены почти одновременно двумя группами в ноябре 1974 года (см. Ноябрьскую революцию) — одной в SLAC...

A quark (/k//w//ɔːr//k//, //k//w//ɑːr//k/) is a type of elementary particle and a fundamental constituent of matter. Quarks combine to form composite particles called hadrons, the most stable of which are protons and neutrons, the components of atomic nuclei. All commonly observable matter is composed of up quarks, down quarks and electrons. Owing to a phenomenon known as color confinement, quarks are never found in isolation; they can be found only within hadrons, which include baryons (such as protons and neutrons) and mesons, or in quark–gluon plasmas. For this reason, much of what is known about quarks has been drawn from observations of hadrons. Quarks have various intrinsic properties, including electric charge, mass, color charge, and spin. They are the only elementary particles in the Standard Model of particle physics to experience all four fundamental interactions, also known as fundamental forces (electromagnetism, gravitation, strong interaction, and weak interaction), as well as the only known particles whose electric charges are not integer multiples of the elementary charge. There are six types, known as flavors, of quarks: up, down, charm, strange, top, and bottom. Up and down quarks have the lowest masses of all quarks. The heavier quarks rapidly change into up and down quarks through a process of particle decay: the transformation from a higher mass state to a lower mass state. Because of this, up and down quarks are generally stable and the most common in the universe, whereas strange, charm, bottom, and top quarks can only be produced in high energy collisions (such as those involving cosmic rays and in particle accelerators). For every quark flavor there is a corresponding type of antiparticle, known as an antiquark, that differs from the quark only in that some of its properties (such as the electric charge) have equal magnitude but opposite sign. The quark model was independently proposed by physicists Murray Gell Mann and George Zweig in 1964. Quarks were introduced as parts of an ordering scheme for hadrons, and there was little evidence for their physical existence until deep inelastic scattering experiments at the Stanford Linear Accelerator Center in 1968. Accelerator program experiments have provided evidence for all six flavors. The top quark, first observed at Fermilab in 1995, was the last to be discovered. Quarks are spin particles, which means they are fermions according to the spin–statistics theorem. They are subject to the Pauli exclusion principle, which states that no two identical fermions can simultaneously occupy the same quantum state. This is in contrast to bosons (particles with integer spin), of which any number can be in the same state. Unlike leptons, quarks possess color charge, which causes them to engage in the strong interaction. The resulting attraction between different quarks causes the formation of composite particles known as hadrons (see "Strong interaction and color charge" below). The quarks that determine the quantum numbers of hadrons are called valence quarks; apart from these, any hadron may contain an indefinite number of virtual "sea" quarks, antiquarks, and gluons, which do not influence its quantum numbers. There are two families of hadrons: baryons, with three valence quarks, and mesons, with a valence quark and an antiquark. The most common baryons are the proton and the neutron, the building blocks of the atomic nucleus. A great number of hadrons are known (see list of baryons and list of mesons), most of them differentiated by their quark content and the properties these constituent quarks confer. The existence of "exotic" hadrons with more valence quarks, such as tetraquarks and pentaquarks , was conjectured from the beginnings of the quark model but not discovered until the early 21st century. Elementary fermions are grouped into three generations, each comprising two leptons and two quarks. The first generation includes up and down quarks, the second strange and charm quarks, and the third bottom and top quarks. All searches for a fourth generation of quarks and other elementary fermions have failed, and there is strong indirect evidence that no more than three generations exist. Particles in higher generations generally have greater mass and less stability, causing them to decay into lower generation particles by means of weak interactions. Only first generation (up and down) quarks occur commonly in nature. Heavier quarks can only be created in high energy collisions (such as in those involving cosmic rays), and decay quickly; however, they are thought to have been present during the first fractions of a second after the Big Bang, when the universe was in an extremely hot and dense phase (the quark epoch). Studies of heavier quarks are conducted in artificially created conditions, such as in particle accelerators. Having electric charge, mass, color charge, and flavor, quarks are the only known elementary particles that engage in all four fundamental interactions of contemporary physics: electromagnetism, gravitation, strong interaction, and weak interaction. and George Zweig in 1964. Physicist Yuval Ne'eman had independently developed a scheme similar to the Eightfold Way in the same year. An early attempt at constituent organization was available in the Sakata model. At the time of the quark theory's inception, the "particle zoo" included a multitude of hadrons, among other particles. Gell Mann and Zweig posited that they were not elementary particles, but were instead composed of combinations of quarks and antiquarks. Their model involved three flavors of quarks, up, down, and strange, to which they ascribed properties such as spin and electric charge. In less than a year, extensions to the Gell Mann–Zweig model were proposed. Sheldon Glashow and James Bjorken predicted the existence of a fourth flavor of quark, which they called charm. The addition was proposed because it allowed for a better description of the weak interaction (the mechanism that allows quarks to decay), equalized the number of known quarks with the number of known leptons, and implied a mass formula that correctly reproduced the masses of the known mesons. Deep inelastic scattering experiments conducted in 1968 at the Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) and published on October 20, 1969, showed that the proton contained much smaller, point like objects and was therefore not an elementary particle. Physicists were reluctant to firmly identify these objects with quarks at the time, instead calling them "partons" – a term coined by Richard Feynman. The objects that were observed at SLAC would later be identified as up and down quarks as the other flavors were discovered. Nevertheless, "parton" remains in use as a collective term for the constituents of hadrons (quarks, antiquarks, and gluons). Richard Taylor, Henry Kendall and Jerome Friedman received the 1990 Nobel Prize in physics for their work at SLAC. The strange quark's existence was indirectly validated by SLAC's scattering experiments: not only was it a necessary component of Gell Mann and Zweig's three quark model, but it provided an explanation for the kaon and pion hadrons discovered in cosmic rays in 1947. In a 1970 paper, Glashow, John Iliopoulos and Luciano Maiani presented the GIM mechanism (named from their initials) to explain the experimental non observation of flavor changing neutral currents. This theoretical model required the existence of the as yet undiscovered charm quark. The number of supposed quark flavors grew to the current six in 1973, when Makoto Kobayashi and Toshihide Maskawa noted that the experimental observation of CP violation could be explained if there were another pair of quarks. Charm quarks were produced almost simultaneously by two teams in November 1974 (see November Revolution) – one at SLAC under Burton Richter, and one at Brookhaven National Laboratory under Samuel Ting. The charm quarks were observed bound with charm antiquarks in mesons. The two parties had assigned the discovered meson two different symbols, J and ψ; thus, it became formally known as the meson. The discovery finally convinced the physics community of the quark model's validity. was the first to coin the terms top and bottom for the additional quarks. In 1977, the bottom quark was observed by a team at Fermilab led by Leon Lederman. This was a strong indicator of the top quark's existence: without the top quark, the bottom quark would have been without a partner. It was not until 1995 that the top quark was finally observed, also by the CDF and DØ teams at Fermilab. almost as large as that of a gold atom.

Электрический заряд

Кварки имеют дробные значения электрического заряда – либо (−), либо (+) умноженные на элементарный заряд (e), в зависимости от аромата. Верхние, очарованные и истинные кварки (совместно называемые кварками верхнего типа) имеют заряд +e; нижние, странные и прелестные кварки (кварки нижнего типа) имеют заряд −e. Антикварки имеют заряд, противоположный заряду соответствующих им кварков; антикварки верхнего типа имеют заряд −e, а антикварки нижнего типа – +e. Поскольку электрический заряд адрона является суммой зарядов составляющих его кварков, все адроны имеют целочисленные заряды: комбинация трех кварков (барионов), трех антикварков (антибарионов) или кварка и антикварка (мезонов) всегда дает целочисленный заряд. Например, адронные составляющие атомных ядер, нейтроны и протоны, имеют заряды 0e и +1e соответственно; нейтрон состоит из двух нижних кварков и одного верхнего кварка, а протон – из двух верхних кварков и одного нижнего кварка. Спин может быть представлен вектором, длина которого измеряется в единицах приведённой постоянной Планка ħ (произносится "h бар"). Для кварков измерение компоненты спинового вектора вдоль любой оси может давать только значения + или −; по этой причине кварки классифицируются как спин-½ частицы. Компонента спина вдоль заданной оси – по соглашению оси z – часто обозначается стрелкой вверх ↑ для значения + и стрелкой вниз ↓ для значения −, помещаемой после символа аромата. Например, верхний кварк со спином + вдоль оси z обозначается u↑.

Сильное взаимодействие и цветовой заряд

Согласно квантовой хромодинамике (КХД), кварки обладают свойством, называемым цветовым зарядом. Существует три типа цветовых зарядов, произвольно обозначенных синим, зеленым и красным. Каждый из них дополнен антиколором – антисиним, антизеленым и антикрасным. Каждый кварк несет цвет, а каждый антикварк – антицвет. Система притяжения и отталкивания между кварками, заряженными различными комбинациями трех цветов, называется сильным взаимодействием, которое опосредуется частицами-переносчиками силы, известными как глюоны; это подробно обсуждается ниже. Теория, описывающая сильные взаимодействия, называется квантовой хромодинамикой (КХД). Кварк, имеющий единственный цветовой заряд, может сформировать связанную систему с антикварком, несущим соответствующий антицвет. Результатом притяжения кварка и антикварка будет цветовая нейтральность: кварк с цветовым зарядом ξ плюс антикварк с цветовым зарядом −ξ приведут к цветовому заряду 0 (или "белому" цвету) и образованию мезона. Это аналогично аддитивной цветовой модели в оптике. Аналогично, комбинация трех кварков, каждый с различным цветовым зарядом, или трех антикварков, каждый с различным антицветовым зарядом, приведет к тому же "белому" цветовому заряду и образованию бариона или антибариона. В современной физике частиц, калибровочные симметрии – своего рода группа симметрий – связывают взаимодействия между частицами (см. калибровочные теории). Цвет SU(3) (обычно сокращенно SU(3)c) – это калибровочная симметрия, которая связывает цветовой заряд в кварках и является определяющей симметрией для квантовой хромодинамики. Подобно тому, как законы физики не зависят от того, какие направления в пространстве обозначены как x, y и z, и остаются неизменными при вращении координатных осей, физика квантовой хромодинамики не зависит от того, какие направления в трехмерном цветовом пространстве определены как синий, красный и зеленый. Цветные преобразования SU(3)c соответствуют "вращениям" в цветовом пространстве (которое, математически говоря, является комплексным пространством). Каждый кварковый аромат f, с подтипами fB, fG, fR, соответствующими кварковым цветам, образует триплет: трехкомпонентное квантовое поле, которое преобразуется в соответствии с фундаментальным представлением SU(3)c. Требование локальности SU(3)c – то есть, возможность изменения его преобразований в зависимости от пространства и времени – определяет свойства сильного взаимодействия. В частности, это подразумевает существование восьми типов глюонов, выполняющих роль переносчиков силы.

According to quantum chromodynamics (QCD), quarks possess a property called color charge. There are three types of color charge, arbitrarily labeled blue, green, and red. Each of them is complemented by an anticolor – antiblue, antigreen, and antired. Every quark carries a color, while every antiquark carries an anticolor. The system of attraction and repulsion between quarks charged with different combinations of the three colors is called strong interaction, which is mediated by force carrying particles known as gluons; this is discussed at length below. The theory that describes strong interactions is called quantum chromodynamics (QCD). A quark, which will have a single color value, can form a bound system with an antiquark carrying the corresponding anticolor. The result of two attracting quarks will be color neutrality: a quark with color charge ξ plus an antiquark with color charge −ξ will result in a color charge of 0 (or "white" color) and the formation of a meson. This is analogous to the additive color model in basic optics. Similarly, the combination of three quarks, each with different color charges, or three antiquarks, each with different anticolor charges, will result in the same "white" color charge and the formation of a baryon or antibaryon. In modern particle physics, gauge symmetries – a kind of symmetry group – relate interactions between particles (see gauge theories). Color SU(3) (commonly abbreviated to SU(3)c) is the gauge symmetry that relates the color charge in quarks and is the defining symmetry for quantum chromodynamics. Just as the laws of physics are independent of which directions in space are designated x, y, and z, and remain unchanged if the coordinate axes are rotated to a new orientation, the physics of quantum chromodynamics is independent of which directions in three dimensional color space are identified as blue, red, and green. SU(3)c color transformations correspond to "rotations" in color space (which, mathematically speaking, is a complex space). Every quark flavor f, each with subtypes fB, fG, fR corresponding to the quark colors, forms a triplet: a three component quantum field that transforms under the fundamental representation of SU(3)c. The requirement that SU(3)c should be local – that is, that its transformations be allowed to vary with space and time – determines the properties of the strong interaction. In particular, it implies the existence of eight gluon types to act as its force carriers.

Масса

Два термина используются для обозначения массы кварка: текущая масса кварка относится к массе кварка как такового, а масса кварка-составляющей – к текущей массе кварка плюс масса поля глюонов, окружающего этот кварк. Эти массы обычно существенно различаются. Большая часть массы адрона обусловлена глюонами, связывающими кварки-составляющие, а не самими кварками. Хотя глюоны сами по себе не имеют массы, они обладают энергией – точнее, энергией квантово-хромодинамического связывания (QCBE) – и именно она вносит основной вклад в общую массу адрона (см. раздел о массе в специальной теории относительности). Например, масса протона составляет примерно 938 единиц, при этом масса покоя его трех валентных кварков составляет лишь около 9; большая часть оставшейся массы приходится на энергию поля глюонов (см. нарушение хиральной симметрии). Стандартная модель утверждает, что элементарные частицы получают свою массу благодаря механизму Хиггса, связанному с бозоном Хиггса. Есть надежда, что дальнейшие исследования причин большой массы верхнего кварка (~173 единицы, почти как масса атома золота) позволят узнать больше о происхождении массы кварков и других элементарных частиц.

Размер

В КХД кварки рассматриваются как точечные частицы, не имеющие размера. По состоянию на 2014 год экспериментальные данные свидетельствуют о том, что их размер не превышает 10−4 размера протона, то есть менее 10−19 метров.

Таблица свойств

В следующей таблице суммированы ключевые свойства шести кварков. Квантовые числа аромата (изоспин (I3), очарование (C), странность (S, не путать со спином), топность (T) и ботомность (B′)) присваиваются определенным ароматам кварков и обозначают характеристики кварковых систем и адронов. Барионное число (B) равно + для всех кварков, поскольку барионы состоят из трех кварков. Для антикварков электрический заряд (Q) и все квантовые числа аромата (B, I3, C, S, T и B′) имеют противоположный знак. Масса и полный угловой момент (J; равный спину для точечных частиц) не меняют знак для антикварков. +Свойства ароматов кварков Масса частицы* (МэВ/c2) J B Q (e) I3 C S T B′ Название античастицы Символ Название СимволПервое поколение верхний 2.3 ± 0.5 + + + 0 0 0 0 антиверхний нижний 4.8 ± 0.3 + − − 0 0 0 0 антинижний Второе поколение очарованный 1275 + + 0 +1 0 0 0 антиочарованный странный 95 + − 0 0 −1 0 0 антистранный Третье поколение топ 173210 ± 710 * + + 0 0 0 +1 0 антитоп нижний 4180 + − 0 0 0 0 −1 антинижний

Взаимодействующие кварки

Как описано квантовой хромодинамикой, сильное взаимодействие между кварками опосредовано глюонами – безмассовыми векторными калибровочными бозонами. Каждый глюон несет один цветовой заряд и один антицветовой заряд. В стандартной схеме взаимодействия частиц (являющейся частью более общей формулировки, известной как теория возмущений), глюоны постоянно обмениваются между кварками посредством виртуального процесса излучения и поглощения. При передаче глюона между кварками происходит изменение цвета у обоих: например, если красный кварк излучает красный-антизеленый глюон, он становится зеленым, а если зеленый кварк поглощает красный-антизеленый глюон, он становится красным. Таким образом, хотя цвет каждого кварка постоянно меняется, их сильное взаимодействие сохраняется. Поскольку глюоны несут цветовой заряд, они сами способны излучать и поглощать другие глюоны. Это приводит к асимптотической свободе: по мере сближения кварков хромодинамическая сила взаимодействия между ними ослабевает. И наоборот, с увеличением расстояния между кварками сила взаимодействия усиливается. Цветовое поле приходит в напряженное состояние, подобно растянутой упругой ленте, и спонтанно создаются дополнительные глюоны соответствующего цвета для усиления поля. При превышении определенного энергетического порога образуются пары кварк-антикварк. Эти пары связываются с разделяющимися кварками, что приводит к образованию новых адронов. Это явление известно как конфайнмент цвета: кварки никогда не наблюдаются в одиночном состоянии. Этот процесс адронизации происходит до того, как кварки, образовавшиеся в результате высокоэнергетического столкновения, успевают взаимодействовать каким-либо другим образом. Единственным исключением является топ-кварк, который может распасться до адронизации.

Морские кварки

В адронах, наряду с валентными кварками, определяющими их квантовые числа, содержатся виртуальные пары кварк-антикварк, известные как морские кварки. Морские кварки возникают при распаде глюона цветового поля адрона; этот процесс обратим, поскольку аннигиляция двух морских кварков порождает глюон. В результате возникает непрерывный поток расщеплений и рождения глюонов, неформально называемый "морем". Морские кварки значительно менее стабильны, чем валентные, и обычно аннигилируют друг с другом внутри адрона. Тем не менее, при определенных условиях морские кварки могут адронизоваться, образуя барионные или мезонные частицы.

Другие фазы кварковой материи

При достаточно экстремальных условиях кварки могут "деконфайнмиться" из связанных состояний и распространяться как термализованные "свободные" возбуждения в более крупной среде. В процессе асимптотической свободы сильное взаимодействие ослабевает с ростом температуры. В конечном итоге, цветовое удержание будет эффективно утрачено в чрезвычайно горячей плазме свободно движущихся кварков и глюонов. Эта теоретическая фаза материи называется кварк-глюонной плазмой. Точные условия, необходимые для возникновения этого состояния, неизвестны и являются предметом многочисленных спекуляций и экспериментов. Оценки указывают на необходимую температуру в 1,90 кельвина. Хотя состояние полностью свободных кварков и глюонов так и не было достигнуто (несмотря на многочисленные попытки ЦЕРН в 1980-х и 1990-х годах), недавние эксперименты на Релятивистском коллайдере тяжёлых ионов предоставили свидетельства существования кварковой материи, подобной жидкости, демонстрирующей "почти идеальное" течение. Кварк-глюонная плазма характеризуется значительным увеличением числа пар более тяжёлых кварков по сравнению с числом пар верхних и нижних кварков. Считается, что в период до 10−6 секунд после Большого взрыва (кварковая эпоха) Вселенная была заполнена кварк-глюонной плазмой, поскольку температура была слишком высокой для стабильности адронов. При достаточно высокой плотности барионов и относительно низких температурах – возможно, сопоставимых с теми, что существуют в нейтронных звёздах – кварковая материя, как ожидается, вырождается в жидкость Ферми из слабо взаимодействующих кварков. Эта жидкость будет характеризоваться конденсацией цветных пар кварков Купера, что приведёт к нарушению локальной SU(3)c симметрии. Поскольку пары Купера кварков несут цветовой заряд, такая фаза кварковой материи будет обладать цветовой сверхпроводимостью; то есть, цветовой заряд сможет проходить через неё без сопротивления.