我々が生活する通常の温度・密度ではハドロンの中にクォークは閉じ込められており、単独で取り出すことは不可能であるとされる。NASAの発表によると、天体が超新星爆発を起こした後に、クォークが裸の状態で存在する「クォーク星」と呼ぶべきものが発見されたとのことである。
クォークは、1対ずつ3つの階層に分類され、それぞれ「アップ、ダウン」、「チャーム、ストレンジ」、「トップ、ボトム」と名付けられている。また、「色荷(カラー)」と呼ばれる量子数を持ち、他の粒子同様逆の電荷を持つ反クォークが存在する。
クォークモデルが確立するまではハドロンが強い相互作用を行う粒子であり、また素粒子であると考えられていた。しかし、新たなハドロンの発見が続くにつれ、より小さい構成要素による構造を仮定せざるを得なくなった。現在では、ハドロンは、6種類のクォークとハドロン内部で強い相互作用を伝播する8種類のグルーオンとから構成されるものとして考えられている。
ハドロンは、バリオンとメソン(中間子)に分けられるが、バリオンはクォーク3個、中間子はクォークと反クォークの2個で構成される。例えば、
バリオンである陽子はアップクォーク2個とダウンクォーク1個
バリオンである中性子はアップクォーク1個とダウンクォーク2個
メソンであるK中間子はストレンジクォーク1個と反アップクォーク1個
からなる。
クォーク一個の質量は、たとえばu(アップクォーク)は電子の10倍、d(ダウンクォーク)は20倍程度だが、これらが集まると質量は普通とは違った結果になる。例えば、
uudの組み合わせは陽子を構成するが、質量は10+10+20=40とはならず電子の1836倍程度
uddでは中性子だが、10+20+20=50とはならず1839倍程度
となる。物質に質量を与えるヒッグス粒子が関連していると思われるが、ヒッグス粒子は未発見であり、詳細は不明である。
これまでは、ハドロンは上記のようにクォーク2個または3個の組み合わせでしか見つかっていなかったが、理論予測されていた5個の組み合わせからなる新ハドロンペンタクォークが最近発見された可能性がある。
世代(フレーバー)名前記号電荷静止質量(単位:MeV)
第1世代アップu+2/31.5 から 4.5 [3]
ダウンd-1/35 から 8.5 [3]
第2世代チャーム(センタ)c+2/31000 から 1400
ストレンジ(サイドウェイ)s-1/380 から 155
第3世代トップ(トゥルース)t+2/3169300 から 173500
ボトム(ビューティ)b-1/34000 から 4500
脚注^ 同様に素粒子であるとされる粒子にレプトン (素粒子)がある。
^ 学術用語集物理学編では「クォーク」を採用している。
^ a b アップクォークとダウンクォークの質量の推定については、まだ議論の余地が残されており、現在でも盛んに実験が行われている。実際、アップクォークには本質的に質量が無いとする文献もある。
表・話・編・歴物理学における粒子の一覧
素粒子フェルミ粒子: クォーク: u ? d ? c ? s ? t ? b ? レプトン: e− ? e+ ? μ± ? τ± ? ニュートリノ(ν e ? ν μ ? ν τ)
ボース粒子: ゲージ粒子: γ ? ウィークボソン(W± ? Z0 ) ? g
その他: ゴースト場
複合粒子ハドロン: バリオン/ハイペロン/核子: p ? p ? n ? Δ ? Λ ? Σ ? Ξ ? Ω ? 中間子: π ? K ? ρ ? J/ψ ? Υ
その他: 原子核 ? 原子 ? 分子 ? イオン ? 異種原子: ポジトロニウム ? ミューオニウム ? ハイパー核