檢視夸克的原始碼

{| class="wikitable" style="float:right; margin: -10px 0px 10px 20px; text-align:left"
|<center>'''下夸克'''<br><img src="https://www.itsfun.com.tw/images/89/39/==wZuBnLkZGMmJTZ0ImZxUzYmN2YwEDM09yX4UjMfhjNy8CZmRXbk9SbvNmLnNXboFnLwA3LvoDc0RHa.jpg" width="250"></center><small>[https://www.itsfun.com.tw/%E4%B8%8B%E5%A4%B8%E5%85%8B/wiki-1845831-9340131 圖片來自華人百科]</small> 
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'''夸克'''（quark）是一種[[基本粒子]]<ref>[https://pansci.asia/archives/145937 基本粒子]，泛科學，2018/10/09</ref> ，也是構成[[物质|物質]]的基本單元。夸克互相結合，形成一種[[粒子列表#複合粒子|複合粒子]]，叫[[强子|強子]]，強子中最穩定的是[[質子]]和[[中子]]，它們是構成原子核的單元。由於一種叫“[[夸克禁閉]]”的現象，夸克不能夠直接被觀測到，或是被分離出來；只能夠在強子裏面找到夸克。因為這個原因，人類對夸克的所知大都是來自對強子的觀測。

夸克有六種“[[味 (粒子物理學)|味]]”，分別是[[上夸克|上]]、[[下夸克|下]]、[[粲夸克|魅/粲]]、[[奇夸克|奇]]、[[底夸克|底]]及[[頂夸克|頂]]。上及下夸克的質量是所有夸克中最低的。較重的夸克會通過一個叫[[粒子衰變]]的過程，來迅速地變成上或下夸克。粒子衰變是一個從高質量態變成低質量態的過程。就是因為這個原因，上及下夸克一般來說很穩定，所以它們在[[宇宙]]中很常見，而奇、魅粲、頂及底則只能經由[[粒子物理學|高能]]粒子的碰撞產生（例如[[宇宙線|宇宙射線]]及[[粒子加速器]]）。

夸克有着多種不同的內在特性，包括[[電荷]]、[[色荷]]、[[自旋]]及[[质量|質量]]等。在標準模型中，夸克是唯一一種能經受全部四種[[基本相互作用]]的基本粒子，基本相互作用有時會被稱為“基本力”（[[電磁相互作用|電磁相互作用力]]、[[引力|萬有引力]]、[[强相互作用|強相互作用力]]及[[弱相互作用|弱相互作用力]]）。夸克同時是現時已知唯一一種[[基本电荷|基本電荷]]非[[整数|整數]]的粒子。夸克每一種味都有一種對應的[[反粒子]]，叫[[反夸克]]，它跟夸克的不同之處，只在於它的一些特性跟夸克[[加法逆元|大小一樣但正負不同]]。

[[夸克模型]]分別由[[默里·盖尔曼|默里·蓋爾曼]]與[[喬治·茨威格]]於1964年獨立地提出。引入夸克這一概念，是為了能更好地整理各種強子，而當時並沒有甚麼能證實夸克存在的物理證據，直到1968年[[SLAC 國家加速器實驗室|SLAC]]開發出深度非彈性散射|Deep inelastic scattering實驗為止。夸克的六種味已經全部被加速器實驗所觀測到；而於1995年在[[费米国立加速器实验室|費米實驗室]]被觀測到的頂夸克，是最後發現的一種。

== 分類 ==
[[標準模型]]是描述所有已知基本粒子的理論框架。此模型包含六種[[味 (粒子物理學)|味]]的夸克（SubatomicParticle|quark）：[[上夸克|上]]（SubatomicParticle|up quark）、[[下夸克|下]]（SubatomicParticle|down quark）、[[奇夸克|奇]]（SubatomicParticle|strange quark）、[[粲夸克|-{zh-tw:魅;zh-cn:粲}-]]（SubatomicParticle|charm quark）、[[底夸克|底]]（SubatomicParticle|bottom quark）及[[頂夸克|頂]]（SubatomicParticle|top quark）。夸克的[[反粒子]]叫[[反夸克]]，在對應的夸克符號上加一橫作為標記，例如SubatomicParticle|Up antiquark代表反上夸克。跟一般[[反物质|反物質]]一樣，反夸克跟對應的夸克有着相同的質量、[[指数衰减|平均壽命]]及[[自旋]]，但兩者的[[電荷]]及其他[[荷 (物理)|荷]]的正負則相反。

夸克的[[自旋1/2|自旋為Frac|1|2]]，因此根據[[自旋統計定理]]，它們是[[费米子|費米子]]。它們遵守[[泡利不相容原理]]，即兩個相同的費米子，不能同時擁有相同的[[量子態]]。這點跟[[玻色子]]相反（擁有整數自旋的粒子），在相同的量子態上，相同的玻色子沒有數量限制。跟[[輕子]]不同的是，夸克擁有[[色荷]]，因此它們會參與[[强相互作用|強相互作用]]。因為這種夸克間吸引力的關係，而形成的複合粒子，叫做“[[强子|強子]]”（見下文[[夸克#強相互作用與色荷|強相互作用與色荷]]部份）。

在強子中決定[[量子数|量子數]]的夸克叫“價夸克”；除了這些夸克，任何強子都可以含有無限量的[[虛粒子|虛]]（或“[[夸克#海夸克|海]]”）夸克、反夸克，及不影響其量子數的[[膠子]]。強子分兩種：帶三個價夸克的[[重子]]，及帶一個價夸克和一個反價夸克的[[介子]]。最常見的重子是質子和中子，它們是構成[[原子核]]的基礎材料。我們已經知道有很多不同的強子（見[[重子列表]]及[[介子列表]]），它們的不同點在於其所含的夸克，及這些內含物所賦予的性質。而含有更多價夸克的[[奇異強子|“奇異”強子]]，如[[四夸克态|四夸克粒子]]（SubatomicParticle|quark SubatomicParticle|quark SubatomicParticle|antiquark SubatomicParticle|antiquark）及[[五夸克態|五夸克粒子]]（SubatomicParticle|quark SubatomicParticle|quark SubatomicParticle|quark SubatomicParticle|quark SubatomicParticle|antiquark），目前仍在理論階段<，它們的存在仍未被證實2000年代初，有幾個研究小組聲稱，已證實了四夸克粒子與五夸克粒子的存在。儘管四夸克粒子的情況目前仍在爭論中，但是所有五夸克候選粒子都已被證實不存在。

基本費米子被分成三[[代 (粒子物理學)|代]]，每一代由兩個輕子和兩個夸克組成。第一代有上及下夸克，第二代有奇及魅夸克，而第三代則有頂及底夸克。過去所有搜尋第四代基本粒子的研究均以失敗告終，又有有力的間接證據支持不會有超過三代主要證據是基於[[W及Z玻色子|SubatomicParticle|Z boson0玻色子]]的[[共振寬度]]，它限制了第四代中微子的質量，此時質量需要大於~45|u}。與其他三代的中微子相比，它們的質量不高於2，可見兩者形成非常大的對比。 。代數較高的粒子，一般會有較大的質量及較低的穩定性，於是它們會通過[[弱相互作用]]，[[放射性#.E8.A1.B0.E5.8F.98|衰變]]成代數較低的粒子。在自然中，只有第一代夸克（上及下）是常見的。較重的夸克只能通過高能碰撞來生成（例如[[宇宙線|宇宙射線]]），而且它們很快就會衰變；然而，科學家們相信[[大爆炸|大霹靂]]後，第一秒的最早部份會存有重夸克，那時宇宙處於溫度及密度極高的狀態（[[夸克時期]]）。重夸克的實驗研究都在人工的環境下進行，例如[[粒子加速器]]。

同時擁有電荷、質量、色荷及味，夸克是唯一一種能經受現代物理全部四種相互作用的已知粒子，這四種作用為：電磁、重力、強相互作用及弱相互作用。對於個別粒子的相互作用而言，除非是在極端的能量（[[普朗克能量]]）及距離尺度（[[普朗克長度|普朗克距離]]）下，重力實在是小得微不足道。然而，由於現時仍沒有成功的[[量子引力|量子重力理論]]，所以標準模型並不描述重力。

關於六種夸克味更完整的概述，可見於[[夸克#性質列表|下文中的列表]]。

== 歷史 ==
夸克模型於1964年由物理學家[[默里·盖尔曼|默里·蓋爾曼]]和[[喬治·茨威格]]（George Zweig）。在這個提案前不久的1961年，蓋爾曼提出了一種粒子分類系統，叫“[[八重道]]”——或技術上應叫[[特殊酉群#SU(3)|特殊么正群]][[味 (粒子物理學)|味對稱]]。以色列物理學家尤瓦勒·內埃曼|Yuval Ne'eman，在同年亦獨立地開發出一套跟八重道相近的理論。

在夸克理論的初期，當時的“粒子園|Particle zoo”除了其他各種粒子，還包括了許多強子。蓋爾曼和茨威格假定它們不是基本粒子，而是由夸克和反夸克組成的。在他們的模型中，夸克有三種味，分別是[[上夸克|上]]、[[下夸克|下]]及[[奇夸克|奇]]，他們把電荷及自旋等性質都歸因於這些味。初時物理學界對於這份提案的意見不一。當時學界對於夸克的本質有所爭論，一方認為夸克是物理實體，另一方則認為，它只是用來解釋當時未明物理的抽象概念而已。

在一年之內，就有人提出了蓋爾曼－茨威格模型的延伸方案。[[谢尔登·格拉肖|謝爾登·李·格拉肖]]和詹姆斯·布約肯|James Bjorken預測有第四種夸克存在，他們把它叫做“-{zh-tw:魅;zh-cn:粲}-”。加上第四種夸克的原因有三：一、能更好地描述[[弱相互作用]]（導致夸克衰變的機制）；二、夸克的數量會變得與當時已知的輕子數量一樣；三、能產生一條質量方程|Mass formula，可以計算出已知[[介子]]的質量。

深度非彈性散射|Deep inelastic scattering實驗在1968年指出，質子含有比自己小得多的[[點粒子|點狀物]]，因此質子並非基本粒子。物理學家當時並不願意把這些物體視為夸克，反而叫它們做“{{le|成子|Parton (particle physics)}}”（parton）——一個由[[理查德·費曼]]所創造的新詞。不過，“成子”一詞到現在還在使用，是重子構成物（夸克、反夸克和膠子）的總稱。

奇夸克的存在由SLAC的散射實驗間接證實：奇夸克不但是蓋爾曼和茨威格三夸克模型的必要部份，而且還解釋到1947年從宇宙射線中發現的[[K介子]]和[[π介子]]強子。

在1971年的一份論文中，格拉肖、[[约翰·李尔普罗斯|約翰·李爾普羅斯]]和[[盧奇亞諾·馬伊阿尼]]（Luciano Maiani）一起對當時尚未發現的[[魅夸克]]，提出更多它存在的理據。到1973年，[[小林诚 (物理学家)|小林誠]]和[[益川敏英]]指出再加一對夸克，就能解釋實驗中觀測到的[[CP破壞]]<ref group="註">在弱相互作用下的一個反應中，當左右被逆轉（[[P對稱]]），且粒子被換成反粒子（C對稱）後，CP破壞會使這個反應的前後不一樣，於是夸克應有的味被提昇到現時的六種。

魅夸克在1974年被兩個研究小組幾乎同時發現（見[[J/ψ介子|十一月革命]]）——一組在SLAC，由[[伯顿·里克特|伯頓·里克特]]領導；而另一組則在[[布魯克哈芬國家實驗室]]，由[[丁肇中]]領導。觀測到的魅夸克在介子裏面，與一個反魅夸克[[束縛電流|束縛]]（Bound state）在一起。兩組分別為這種介子起了不同的名子：J及ψ；因此這種粒子的正式名子叫[[J/ψ介子]]。這個發現終於使物理學界相信夸克模型是正確的。

在之後的幾年，有一些把夸克數量增至六個的提案。其中，以色列物理學家哈伊姆·哈拉里|Haim Harari在1975年的論文中，最早把加上的夸克命名為“[[頂夸克|頂]]”及“[[底夸克|底]]”。

底夸克在1977年被[[利昂·萊德曼]]領導的[[费米国立加速器实验室|費米實驗室]]研究小組觀測到。這是一個代表頂夸克存在的有力徵兆：沒有頂夸克的話，底夸克就沒有伴侶。然而一直都沒有觀測到頂夸克，直至1995年，終於被[[费米国立加速器实验室|費米實驗室]]的=費米實驗室對撞機探測器|Collider Detector at Fermilab|CDF。它的質量比之前預料的要大得多。

=== 命名 ===
蓋爾曼原本想用鴨的叫聲來命名夸克。開始時他並不太確定自己這個新詞的實際拼法，直到他在[[詹姆斯·乔伊斯|詹姆斯·喬伊斯]]小說《[[芬尼根的守灵夜]]》裏面找到“夸克”這個詞：
cquote|给马斯特·马克来三个夸克！|《芬尼根的守灵夜》|詹姆斯·喬伊斯

蓋爾曼在其著作《夸克與美洲豹|The Quark and the Jaguar》中，更詳細地述說了夸克這個詞的由來：
cquote|在1963年，我把核子的基本構成部份命名為“夸克”（quark），我先有的是聲音，而沒有拼法，所以當時也可以寫成“郭克”（kwork）。不久之後，在我偶爾翻閱詹姆斯·喬伊斯所著的《芬尼根的守灵夜》時，我在“向麥克老大三呼夸克”這句中看到夸克這個詞。由於“夸克”（字面上意為海鷗的叫聲）很明顯是要跟“麥克”及其他這樣的詞押韻，所以我要找個藉口讓它讀起來像“郭克”。但是書中代表的是酒館老闆伊厄威克的夢，詞源多是同時有好幾種。書中的詞很多時候是酒館點酒用的詞。所以我認為或許“向麥克老大三呼夸克”源頭可能是“敬麥克老大三個[[夸脫]]”，那麼我要它讀“郭克”也不是完全沒根據。再怎麼樣，字句裏的三跟自然中夸克的性質完全不謀而合。

茨威格則用“埃斯”（Ace）來稱呼他所理論化的粒子，但是在夸克模型被廣泛接納時，蓋爾曼的用詞就變得很有名。很多中国物理学家则称夸克为“层子”，在台灣亦曾翻譯「虧子」，但並不普遍使用。

夸克味的命名都是有原因的。上及下夸克被這樣叫，是源於[[同位旋]]的上及下分量，而它們確實各自帶有這樣一個量。

奇夸克這個名字，是因為它們是在宇宙射線的[[奇异粒子|奇異粒子]]中被發現的，發現奇異粒子的時候還沒有夸克理論；它們被視為“奇異”，是因為它們的壽命不尋常地長。跟布約肯一起提出魅夸克的格拉肖說過：“我們把它叫魅夸克，是因為在構建它的過程中，見到它為亞原子世界所帶來的對稱，我們被這種美迷住了，對成果感到很滿意。”至於“頂”和“底”這兩個名字，哈拉里決定這樣做，是因為“它們是上及下夸克邏輯上的伙伴”。在過往，底及頂夸克有時會分別被叫作“美”及“真”夸克，但這兩個名字現在已經很少人會用。

== 性質 ==
=== 電荷 ===
夸克的電荷值為[[分數]]——[[基本电荷|基本電荷]]的−Frac|1|3倍或+Frac|2|3倍，隨味而定。上、-{zh-tw:魅;zh-cn:粲}-及頂夸克（這三種叫“上型夸克”）的電荷為+Frac|2|3，而下、奇及底夸克（這三種叫“下型夸克”）的則為−Frac|1|3。反夸克與其所對應的夸克電荷相反；上型反夸克的電荷為−Frac|2|3，而下型反夸克的電荷則為+Frac|1|3。由於[[强子|強子]]的電荷，為組成它的夸克的電荷總和，所以所有強子的電荷均為整數：三個夸克的組合（重子）、三個反夸克（反重子），或一個夸克配一個反夸克（介子），加起來電荷值都是整數。例如，組成原子核的強子，中子和質子，其電荷分別為0及+1；中子由兩個下夸克和一個上夸克組成，而質子則由兩個上夸克和一個下夸克組成。

=== 自旋 ===
自旋是基本粒子的一種內在特性，它的方向是一項重要的[[自由度 (物理学)|自由度]]。在視像化時，有時它會被視為一沿着自己中軸轉動的物體（所以名叫“[[自旋]]”）。

自旋可以用[[矢量|向量]]來代表，其長度可用[[约化普朗克常数|約化普朗克常數]]''ħ''來量度。量度夸克時，在任何軸上量度自旋的向量[[向量投影|分量]]，結果皆為+''ħ''/2或−''ħ''/2；因此夸克是一種[[自旋1/2|自旋Frac|1|2]]粒子。

=== 弱相互作用 ===
時間箭頭向上。CKM矩陣（詳見下文）包含了β及其他夸克衰變的發生概率。
夸克只能通過弱相互作用，由一種味轉變成另一種味，弱相互作用是粒子物理學的四種[[基本相互作用]]之一。任何上型的夸克（上、-{zh-tw:魅;zh-cn:粲}-及頂夸克），都可以通過吸收或釋放一[[W及Z玻色子|W玻色子]]，而變成下型的夸克（下、奇及底夸克），反之亦然。這種變味機制正是導致[[β衰变|β衰變]]這種[[放射性|放射]]過程的原因，在β衰變中，一中子（SubatomicParticle|neutron）“分裂”成一質子（SubatomicParticle|proton）、一[[电子|電子]]（SubatomicParticle|electron）及一反[[电中微子|電中微子]]（SubatomicParticle|electron antineutrino）（見右圖）。在β衰變發生時，中子（SubatomicParticle|up quark SubatomicParticle|down quark SubatomicParticle|down quark}}）內的一下夸克在釋放一虛SubatomicParticle|W boson-玻色子後，隨即衰變成一上夸克，於是中子就變成了質子（SubatomicParticle|up quark SubatomicParticle|up quark SubatomicParticle|down quark）。隨後SubatomicParticle|W boson-玻色子衰變成一電子及一反電中微子。

β衰變及其逆過程“[[电子捕获|逆β過程]]”在醫學上都有常規性的應用，例如[[正子斷層照影|正電子發射計算機斷層掃描]]。這兩個過程在高能實驗中也有應用，例如[[中微子探测器|中微子探測]]。
線的“深淺”由[[卡比博-小林-益川矩阵|CKM矩陣]]的元決定。]]

儘管所有夸克的變味過程都一樣，每一種夸克都偏向於變成跟自己同一代的另一夸克。所有味變的這種相對趨勢，都是由一個[[矩阵|數學表]]來描述，叫[[卡比博-小林-益川矩阵|卡比博-小林-益川矩陣]]（CKM矩陣）。CKM矩陣內所有數值的大約[[绝对值|大小]]如下：
:alt="|V_ud| ≅ 0.974; |V_us| ≅ 0.225; |V_ub| ≅ 0.003; |V_cd| ≅ 0.225; |V_cs| ≅ 0.973; |V_cb| ≅ 0.041; |V_td| ≅ 0.009; |V_ts| ≅ 0.040; |V_tb| ≅ 0.999.">
\begin{bmatrix} |V_\mathrm {ud}| & |V_\mathrm {us}| & |V_\mathrm {ub}| \\ |V_\mathrm {cd}| & |V_\mathrm {cs}| & |V_\mathrm {cb}| \\ |V_\mathrm {td}| & |V_\mathrm {ts}| & |V_\mathrm {tb}| \end{bmatrix} \approx
\begin{bmatrix} 0.974 & 0.225 & 0.003 \\ 0.225 & 0.973 & 0.041 \\ 0.009 & 0.040 & 0.999 \end{bmatrix}，
其中''V''<sub>''ij''</sub> 代表一夸克味''i'' 變成夸克味''j''（反之亦然）的可能性。

輕子（上圖β衰變中在W玻色子右邊的粒子）也有一個等效的弱相互作用矩陣，叫[[龐蒂科夫-牧-中川-坂田矩陣]]（PMNS矩陣）。PMNS矩陣及CKM矩陣合起來能夠描述所有味變，但兩者間的關係並不明朗。

=== 強相互作用與色荷 ===
夸克有一種叫“[[色荷]]”的性質。色荷共分三種，可任意標示為“藍”、“綠”及“紅”儘管名字中有顏色，色荷跟可見光的色譜並沒有關係。

掌管夸克間吸引及排斥的系統，是由三種色的各種不同組合所負責，叫[[强相互作用|強相互作用]]，它是由一種叫[[膠子]]的[[规范玻色子|規範玻色子]]所傳遞的；下文中有關於膠子更詳細的討論。描述強相互作用的理論叫[[量子色動力學]]（QCD）。一個帶某色荷的夸克，可以和一個帶對應反色荷的反夸克，一起生成一[[束缚态|束縛系統]]；三個（反）色荷各異的（反）夸克，也就是三種色每種一個，同樣也可以束縛在一起。兩個互相吸引的夸克會達至色中性：一夸克帶色荷ξ，加上一個帶色荷−ξ的反夸克，結合後色荷為零（或“白”色），成為一個介子。跟基本[[光学|光學]]的[[加色法|顏色疊加]]一樣，把三個色荷互不相同的夸克或三個這樣的反夸克組合在一起，就會同樣地得到“白”的色荷，成為一個重子或反重子。

在現代粒子物理學中，聯繫粒子相互作用的，是一種叫[[規範對稱]]的[[空間對稱群]]（見[[规范场论|規範場論]]）。色荷[[特殊酉群#SU(3)|SU(3)]]（一般簡寫成SU(3)<sub>c</sub>）是夸克色荷的規範對稱，也是量子色動力學的定義對稱。物理學定律不受空間的方向（如x、y及z）所限，即使座標軸旋轉到一個新方向，定律依然不變，量子色動力學的物理也一樣，不受三維色空間的方向影響，色空間的三個方向分別為藍、紅和綠。SU(3)<sub>c</sub>的色變與色空間的“旋轉”相對應（數學上，色空間是複數空間|Complex space）。每一種夸克味，''f''，下面都有三種小分類''f''<sub>B</sub>、''f''<sub>G</sub>和''f''<sub>R</sub>，對應三種夸克色藍、綠和紅，形成一個三重態：一股有三個分量的量子場，並且在變換時遵從SU(3)<sub>c</sub>的基本[[表示论|表示]]。這個時候SU(3)<sub>c</sub>應是局部的，這個要求換句話說，就是容許變換隨空間及時間而定，所以說這個局部表示決定了強相互作用的性質，尤其是有[[膠子#八種膠子|八種]]載力用[[膠子]]這一點。

=== 質量 ===
在提及夸克質量時，需要用到兩個詞：一個是“淨夸克|Current quark質量”，也就是夸克本身的質量；另一個是“組夸克|Constituent quark質量”，也就是淨夸克質量加上其周圍[[量子场论|膠子場]]的質量。這兩個質量的數值一般相差甚遠。一個強子中的大部份的質量，都屬於把夸克束縛起來的膠子，而不是夸克本身。儘管膠子的內在質量為零，它們擁有能量——更準確地，應為[[量子色動力學|量子色動力學束縛能]]（QCBE）——就是它為強子提供了這麼多的質量（見[[狹義相對論中的質量]]）。例如，一個質子的質量約為938&nbsp;[[電子伏特#電子伏特與質量|MeV/c<sup>2</sup>]]，其中三個價夸克大概只有11&nbsp;MeV/c<sup>2</sup>；其餘大部份質量都可以歸咎於膠子的QCBE。

標準模型假定所有基本粒子的質量，都是來自[[希格斯機制]]，而這個機制跟[[希格斯玻色子]]有關係。頂夸克有着很大的質量，一個頂夸克大約跟一個金原子核一樣重（~171 GeV/c<sup>2</sup>），而透過研究為甚麼頂夸克的質量那麼大，物理學家希望能找到更多有關於夸克，及其他基本粒子的質量來源。

=== 性質列表 ===
下表總結了六種夸克的關鍵性質。每種夸克味都有自己的一組[[味量子數]]（[[同位旋]]（''I''<sub>3</sub>）、[[魅數]]（''C''）、[[奇異數]]（''S''）、[[頂數]]（''T''）及[[底數 (粒子物理學)|底數]]（''B''′）），它們代表着夸克系統及強子的一些特性。因為重子由三個夸克組成，所以所有夸克的[[重子数|重子數]]（''B''）均為+Frac|1|3。反夸克的話，電荷（''Q''）及其他味量子數（''B''、''I''<sub>3</sub>、''C''、''S''、''T''及''B''′）都跟夸克的差一個正負號。質量和[[總角動量量子數|總角動量]]（''J''；相等於點粒子的自旋）不會因為反粒子而變號。

== 相互作用中的夸克 ==
就像[[量子色動力學]]所描述的，夸克間的[[强相互作用|強相互作用]]由膠子傳遞，膠子是無質量的向量玻色子|Vector boson|向量[[规范玻色子|規範玻色子]]。每一個膠子帶有一種色及一種反色。在粒子相互作用的標準框架下（它是通用表述[[微擾理論 (量子力學)|微擾理論]]的一部份），膠子通過發射與吸收[[虛粒子]]，不斷在夸克間進行交換。當膠子在夸克間轉換時，兩者的色荷都會改變；例如一紅夸克在發射出一紅－反綠膠子後，它就會變成綠夸克，又例如一綠夸克在吸收了一紅－反綠膠子，它就會變成紅夸克。因此，儘管夸克的色不斷在變，但是它們間的強相互作用是維持着的。

由於膠子帶色荷，所以它們自己能發射及吸收其他膠子。因此導致“[[漸近自由]]”：當兩個夸克間的距離愈來愈近時，它們之間的色動束縛力就愈來愈弱。相反地，當夸克間的距離愈來愈遠時，束縛力就愈來愈強。色場開始受到“應力”影響而不穩定，就像橡皮筋拉長時受[[應力]]影響而快斷開一樣，於是色場就會自發地生成許多合適色荷的膠子，來強化色場。當能量過了一個底限時，就會開始[[成對產生|生成]]夸克和反夸克對。這些對與分離中的夸克束縛在一起，形成新的強子。這個現象叫“[[夸克禁閉]]”：夸克不能單獨存在。夸克在高能碰撞中生成後，在能與其他夸克作出任何相互作用之前，就會發生強子化|Hadronization這個過程。唯一的例外是頂夸克，因為它會在強子化前先衰變。

=== 海夸克 ===
除影響[[量子数|量子數]]的[[價夸克]]（(SubatomicParticle|valence quark）之外，強子也含有[[虛粒子|虛]]夸克－反夸克對（SubatomicParticle|quark SubatomicParticle|antiquark），這些對粒子叫“海夸克”（SubatomicParticle|sea quark）。當強子色場的膠子分裂時，就會產生海夸克；以上過程的逆過程也會發生，當兩個海夸克[[湮滅輻射|湮滅]]時，會產生一個[[膠子]]。於是膠子就會持續地分裂與生成，形成所謂的“海”。海夸克比價夸克不穩定得多，它們一般會在強子內部互相湮滅。儘管如此，海夸克在某些情況下還是會強子化，形成重子或介子類的粒子。

=== 夸克物質的其他相 ===
在足夠極端的條件下，夸克可能會脫離禁閉，成為自由粒子。在[[漸近自由]]的演變下，高溫時的強相互作用變得較弱。最後，色禁閉會失效，形成一股超熱[[等离子体|電漿體]]，由自由移動的夸克與膠子組成。這種物質的理論相叫[[夸克-膠子漿|夸克－膠子漿]]。雖然夸克及膠子的完全自由態從未被實現（儘管[[歐洲核子研究組織]]在1980年代至90年代間嘗試過許多次），但是在相對論性重離子對撞機|Relativistic Heavy Ion Collider的近期實驗中，有證據指出像液體的夸克物質，能展示出“近乎完美”的[[流體動力學|流體運動]]。

夸克－膠子漿的特點是，相對於上及下夸克對的數量，重夸克對的數量大幅提昇。宇宙學家們相信，在[[大爆炸|大霹靂]]後10<sup>−6</sup>秒之前（[[夸克時期]]），宇宙裏充滿着這種夸克－膠子漿，因為當時的溫度實在太高，重子會不穩定。

當重子密度足夠高時，且溫度相對地低——大概可以跟[[中子星]]相比的條件——根據理論預測，夸克物質會退化成一弱作用夸克的[[費米液體理論|費米液體]]。這種液體的特點是，它是由帶色夸克的[[庫柏對|庫珀對]]凝聚而成的，因此會對[[自發對稱性破缺|局部SU(3)<sub>c</sub>對稱性造成破缺]]。由於庫珀對含有色荷，所以這樣的一種夸克物質相，叫色超導性|Color superconductivity，此時色荷能夠在無色阻的情況下通過。
== 參考文獻 == 
{{reflist}}
[[Category:330 物理學總論]]