کوارک یک ذره بنیادی و جزء اساسی تشکیل دهنده ماده میباشد. کوارک نخستین بار در سال 1964 توسط مورای گلمان و جورج زویک مطرح شد.در سال 1968 در آزمایشات انجام شده در شتابدهنده خطی استانفورد ثابت شده که پروتون از اجزا کوچکتری نطقه مانندی تشکیل شده است و بنابراین یک ذره بنیادی نیست.در آن زمان فیزیکدانها این ذرات را به عنوان کوارک نمیدانستند بنابراین آن ها پادرون (واژه ای توسط فایمن مرح شد) نامیدند.بعدها کوارک های بالا و پایین و طعم های دیگر کشف شدولی اکنون واژه پادرون یک واژه کلی برای بیان اجزای سازنده هادرون ها (کوارکها و پادکوارک ها و گلوئن ها ) بکار می رود.
کوارکها با هم ترکیب میشوند تا ذرات مرکبی به نام هادرون (hadron) را به وجود آورند، پروتن و نترون یکی از معروف ترین آنها هستند. آنها تنها ذرات بنیادی برای آزمایش همه چهار برهم کنش اساسی یا نیروهای اساسی در مدل استاندارد میباشند. به خاطر پدیدهای که به تحدید رنگ معروف است، کوارکها هیچ گاه به صورت انفرادی یافت نمیشوند؛ آنها را فقط میتوان درون هاردونها پیدا کرد. به همین دلیل بیشتر آنچه که ما درباره کوارکها میدانیم از مشاهده خود هاردونها به دست آمدهاست. شش نوع مختلف از کوارکها وجود دارد که به طعم (flavor) شهرت دارند : بالا (up)، پایین (down)، افسون (charm)، بیگانه (strange)، نوک(top) و ته(bottom). بالا و پایین دارای کمترین وزن در بین کوارکها میباشند. کوارکهای سنگین تر در طول یک فرآیند واپاشی به سرعت به کوارکهای بالا(up) و پایین(down) تبدیل میشوند: تبدیل شدن از حالت وزن بیشتر به حالت وزن کمتر. به همین علت کوارکهای بالا و پایین عموما پایدار میباشند و رایج ترین کوارکها در عالم میباشند، در حالی که کوارکهای strange، charm، top، bottom فقط در تصادمهای با انرژی زیاد تولید میشوند (مثل تابشهای کیهانی و شتاب دهندههای ذرات). کوارکها خواص ذاتی گوناگونی دارند که شامل بار الکتریکی، بار رنگ، اسپین و جرم میباشد. برای هر یک از طعمهای کوارک یک پادماده متناظر وجود دارد که به پادکوارک نیز شناخته میشوند و فقط در برخی خصوصیات دارای علامت مخالف میباشد. کوارکها تنها ذرات شناخته شده میباشند که بارالکتریکی آنها کسری از بار پایه میباشد.
همانطور که اشاره شد کوارکها هیچگاه به تنهایی نقشی را به عهده ندارند بلکه همیشه در گروههای 2 و 3 تایی هستند ذراتی که از 2کوارک تشکیل میشوند مزون نام دارند. ذراتی را که از 3 کوارک دارند باریون مینامند. کوارکها در کنار بار الکتریی که دارند خاصیت مرموز دیگری نیز دارا میباشند که رنگ خوانده میشود. کوراکها از این جهت به قرمز ، سبز و آبی طبقه بندی میشود، البته از این طبقه بندی باید رنگهای حقیقی را تصور کرد بلکه منظور نوع باراکتریکی آنهاست. بنابراین ذرات آزاد معلق در طبیعت باید همیشه دارای رنگ خنثی و به عبارت دیگر سفید باشند.
چرا کوارک ها مهم هستند؟
ایجاد ذرات متشکل از 2 کوارک یا به عبارت دیگر (مزونها) ، البته ممکن است، ولی این ذرات پایدار نیستند. برعکس گروههای سه تایی یا به زبان دیگر پروتونها و نوترونها ساختارهایی بسیار پایدار هستند. انسان کره زمین و در واقع کهکشان راه شیری عملاً از 3 سنگ بنای اولیه ایجاد شدهاند که عبارت ازکوارکهای U ، کوارکهای D و الکترونها میباشند. کوارکها ، نوکلئونها را میسازند و آنها به یکدیگر متصل شده هسته اتمها را بوجود میآروند.
هستهها و الکترونها دراتحاد با یکدیگر اتمها را ایجاد میکنند و اتمها نیز با پیوستن به یکدیگر مولکولهای کوچک و بزرگ از قبیل مولکولهای آب یا سایر ترکیبات شیمیایی و بیوژیکیرا میسازد. میلیاردها مولکول سلولهای بدن ما را بوجود میآورند و هر انسان در بدن خود میلیاردها سلول دارد، اما با تمام تفاوتهایی که انسانها ، جانوران ، گیاهان ،سیاره ها و یا ستارگان با یکدیگر دارند باز هم تمام آنها فقط از 3 ذره زیر بنایی ساخته شدهاند که عبارتند از کوراکهای U ، کوارکهای D و الکترونها.