Kwark – cząstka elementarna, fermion, posiadający ładunek koloru (czyli podlegający oddziaływaniom silnym). Według obecnej wiedzy cząstki elementarne będące składnikami materii można podzielić na dwie grupy. Pierwszą grupę stanowią kwarki, drugą grupą są leptony. Każda z tych grup zawiera po sześć cząstek oraz ich antycząstki. Istnieje więc sześć rodzajów kwarków oraz odpowiednio sześć rodzajów ich antycząstek – antykwarków.

Za symbol kwarka przyjmuje się literę q. Wszystkie kwarki posiadają swoje antycząstki, nazywane antykwarkami, oznaczane symbolem . Według dzisiejszego stanu wiedzy kwarki są niepodzielne.

Historia

Murray Gell-Mann urodzony w 1929 w Nowym Jorku, otrzymał Nagrodę Nobla w 1969

Hipotezę istnienia kwarków jako elementarnych składników materii wysunęli niezależnie od siebie Gell-Mann i G. Zweig w 1964 roku. Nazwę zaproponował Gell-Mann. Słowo "quark" wyczytał on w zdaniu "Three quarks for Muster Mark!" w powieści Finnegans Wake autorstwa Jamesa Joyce'a. Zdanie to wzięło się ze zniekształconego okrzyku "Drei Mark für muster Quark!" (niem. "Trzy marki za znakomity twaróg!"), który James Joyce usłyszał na targu. W cytacie była mowa o trzech "kwarkach" – a to właśnie istnienie trzech cząstek: u, d i s oraz ich antycząstek: u, d i s początkowo postulowali.

Struktura protonu zbudowana z trzech kwarków: dwóch kwarków górnych "u" i jednego kwarku dolnego "d" (układ uud), związanych silnym oddziaływaniem przenoszonym przez gluony.

Szansa na potwierdzenie istnienia kwarków pojawiła się w 1968 podczas eksperymentów z głęboko nieelastycznym rozpraszaniem elektronów w SLAC. Przy mniejszych energiach elektrony odbijały się od protonu tak, jakby był on jednorodną elastyczną kulką. Przy wzroście energii zderzeń, gdy pęd elektronów zwiększano na tyle, że długość fali materii tych elektronów stała się mniejsza od rozmiarów protonu, elektrony zaczęły odbijać się tak, jakby zderzały się z punktowymi obiektami wewnątrz protonu. Zderzenia wyglądały więc jak nieelastyczne, bo przy zderzeniach elastycznych, kąt rozproszenia elektronów powinien maleć przy wzroście energii, podczas gdy w istocie pozostawał stały. Jest to efekt analogiczny, (niezgodność kąta rozpraszania z oczekiwaniami) jak obserwowany 50 lat wcześniej w doświadczeniu Rutherforda.

Siła oddziaływania między kwarkami dąży do nieskończoności dla odległości rzędu 1 fm, czyli rozmiaru protonu, dlatego hadrony bombardowane coraz większymi energiami w żargonie są coraz 'twardsze' (kąt odbicia się niewiele zmienia).

Doświadczenia te wykazały, że protony, i co potem stwierdzono, neutrony posiadają wewnętrzną strukturę. Dla opisania zderzeń hadronów Richard Feynman wprowadził w roku 1969 model, w którym hadrony składały się z innych cząstek, nazwanych przez niego partonami. Partony Feynmana zostały szybko zidentyfikowane z kwarkami Gell-Manna oraz z gluonami, czyli cząstkami, za pośrednictwem których kwarki oddziałują ze sobą.

Wraz z rozwojem fizyki wysokich energii oraz fizyki cząstek elementarnych oraz dzięki prowadzonym coraz dokładniejszym badaniom odkrywano kolejne kwarki: c, b i t oraz ich antycząstki: c, b i t.

Wraz z rozwojem wiedzy na temat kwarków, zaistniała potrzeba dodatkowej parametryzacji. Kwarki zostały podzielone na trzy rodziny (generacje). Oprócz tego, stosuje się również inny podział kwarków, na dwie grupy, są to kwarki lekkie: u, d i s i kwarki ciężkie: c, b i t.