Azerős kölcsönhatás az úgynevezettszíntöltéshez kapcsolódik. 1964-benOscar Wallace Greenberg feltette, hogy a kvarkoknak van még egy SU(3)-szimmetriához kapcsolódó töltése, amelyet maszíntöltésnek hívunk. A nevét azon analógia alapján kapta, hogy a hétköznapi értelemben vett színek 3 alapszínből kikeverhetők és ezért hasonlítanak egy SU(3)-transzformáció állapotaihoz. Az analógia azonban csak külsődleges. A színhez kapcsolódó színhullámfüggvényről feltéve, hogy az mindig szingulett, azaz antiszimmetrikus, sikerült megoldani a bariondekuplett Pauli-elvet sértő tulajdonságát, hiszen az eddig teljesen szimmetrikus hullámfüggvényhez hozzáadva az új antiszimmetrikus részt, az új teljes hullámfüggvény immár antiszimmetrikus lett.[2]
Szabad kvarkokat nem sikerült kísérletileg megfigyelni, csak több kvark olyan kötött állapotát, amelyek színsemlegesek. Ilyenek például a három szín mindegyikét tartalmazó barionok, egy színt és egy antiszínt tartalmazó mezonok és a három antiszínt tartalmazó antibarionok. Ezt a jelenséget kvarkbezárásnak – vagy inkábbszínbezárásnak, mert a gluonokra is vonatkozik – nevezzük. Egzakt magyarázatot nem sikerült még találni rá, bár azerős kölcsönhatás nagyon erős csatolási állandójával és a közvetítő (szín)mező részecskéinek agluonoknak az önkölcsönhatásával lehet magyarázni.
A két kvark közötti erős kölcsönhatás, szemben az elektromágnesessel, nem csökken akkor, ha növekszik a két kvark távolsága. Ezért ha két kvark nagy sebességgel távolodik egymástól, akkor energia szempontjából kedvezőbb, ha két újabb kvark (egy kvark és egy antikvark) keletkezik és megosztják a két eredeti kvark közötti erőteret. Ezt nevezzükhadronizációnak. A gyorsítókban szétrepülő kvarkok úgynevezettjeteket (ejtsd: dzset, angolból) hoznak létre: több tíz nagyjából egy irányba mozgó hadront.
Az erős csatolási állandó energiafüggő, a növekvő energiával – azaz csökkenő távolsággal – csökken az értéke, azaz az erős kölcsönhatás erőssége, ami azaszimptotikus szabadság jelenségéhez vezet. Ez egyrészt a nagy energiájú szórásfolyamatokban lehetővé teszi akvantum-színdinamika perturbatív számítását. Másrészt a kötött állapotok belsejében - ahol a kis távolságok miatt nagy impulzusátadások a jellemzők - a kötött állapotot összetevő kvarkok és gluonok lényegében szabadon, azaz kölcsönhatásmentesen mozognak. Ez lehetővé teszi a szórásfolyamatokban a nagy energiájú szórás leválasztását a kis energiájú hadronizáció folyamatáról.
Nagy energiájú mag-mag ütközésekben, és az időben visszamenve azősrobbanás felé pedig várható a kis helyre préselt hadronokkvarkanyaggá vagykvark-gluon plazmává alakulása, ahol a kvarkok és gluonok elhagyják eredeti hadronbölcsőjüket és szabadon vándorolnak az egész plazmában. Az égitestek fejlődése során aneutroncsillag állapot után az elméletek szerint ilyen anyagból állókvarkcsillag állapotba zuhanhatnak össze az elég nagy tömegű csillagok.
Aneutron kvarkszerkezete. Három különböző színű kvarkot (piros-zöld-kék) tartalmaz, ezek közül egy u és két d-kvarkotA pozitívpion (π+) kvarkszerkezete: Egy kék u-kvarkot és egy anti-kék anti-d-kvarkot tartalmaz
A kvarkok kötött állapotaithadronoknak is nevezzük. A szó jelentése a görög nyelvben: nehéz. Kétféle hadron van:barion ésmezon. A szín szempontjából minden hadron semleges.
Három kvark alkotja a szokásos barionokat (három antikvark az antibarionokat), ahol a három kvarknak három különböző színe van. A közismertproton összetételeuud, aneutronéudd. Minden barionfermion. A barionokat további két csoportba soroljuk, ezek anukleonok éshiperonok. A nukleonok azatommag alkotórészei, a proton ill. a neutron. A hiperonok közé tartozik - többek között - a lambda- és a kszí-hiperon. A "hiperon" név a nagy tömegükre utal.
Van egy csak a barionok esetén nem nulla megmaradó mennyiség, abarionszám vagybariontöltés. A barionok barionszáma +1, az antibarionoké -1. A barionszám-megmaradás miatt barionok csak antibarionokkal együtt, párban keletkezhetnek. Ez a tapasztalat vezetett a barionszám-megmaradás felismeréséhez az1950-es években.
Egy kvark és egy antikvark alkotja a szokásos mezonokat. Ilyenek például apionok. A π+ például egyu és egyanti-d kvarkból áll. Egy színt és a neki megfelelő antiszínt hordoznak. Minden mezonbozon. A mezonok barionszáma nulla, ezért ők nem csak párban keletkezhetnek.
A kvarkok tömegéről szokás sokszor ugyanúgy beszélni, mint más részecskék tömegéről, a tömeg fogalma a kvarkok esetén azonban mégis bonyolultabb, mivel a kvarkok nem figyelhetők meg szabadon. Ezért akvarktömeg fogalma egy elméleti konstrukció, és mindig meg kell mondanunk, hogy adott esetben hogyan definiáljuk.
A tény, miszerintmu ≠ 0 nagyon fontos, mivel nem lenneerős CP-probléma eltűnőmu esetén. Az abszolút tömegeket jelenlegQCD összegszabályokkal (másképpenspektrálfüggvény összegszabályokkal) ésrács QCD számításokkal lehet meghatározni. Az így meghatározott kvarktömegeketáramkvarktömegeknek hívjuk. A különböző áramkvarktömeg definíciók közötti kapcsolat megértéséhez szükség van arenormálás teljes eszközrendszerére.
Egy másik, régebbi módszer a kvarktömegek definiálására akvarkmodellGell-Mann–Okubo-tömegösszefüggésének a használata, ami ahadrontömegeket a kvarktömegek segítségével adja meg. Az így meghatározott tömegeketösszetevőkvark-tömegeknek nevezzük, amelyek jelentősen különböznek a fent definiált áramkvarktömegektől. Az összetevőtömegeknek nincs semmilyen további dinamikai jelentése.
At (top) kvark elég nehéz ahhoz, hogy a perturbatív QCD-t használhassuk tömege meghatározásához.1995-ös felfedezése előtt a top kvark tömegére a legjobb elméleti becsléseket astandard modell precíziós tesztjeinek globális analízise adta. A top kvark azonban egyedülálló abban az értelemben, hogy elbomlik, mielőtthadronizálódhatna, így tömege közvetlenül mérhető a bomlástermékekből.
Nagyenergiájú hadronreakciók tulajdonságainak vizsgálata arra vezetteRichard Feynmant, hogy posztulálja a hadronok szubstruktúráit, amiket őpartonoknak nevezett. A mélyen rugalmatlan szórások hatáskeresztmetszetének skálázását, ami azáramalgebrából származtatható,James Bjorken a partonok segítségével magyarázta meg. Amikor aBjorken-skálázást egy1969-es kísérlet igazolta, akkor felismerték, hogy a kvarkok és a partonok ugyanazok az objektumok lehetnek. A kapcsolatot a QCDaszimptotikus szabadságának bizonyítása (1973:David Gross,Frank Wilczek ésDavid Politzer) erősítette meg. Aproton szerkezetének (struktúrafüggvényeinek) későbbi kísérleti vizsgálata kimutatta, hogy a proton impulzusának csak mintegy felét viszi a kvarkmodellből ismert három összetevő kvark(uud), a többit egyéb objektumok. Ezt a három kvarkot – általában is hadronok esetén a kvarkmodell által megadott kvarkokat –vegyértékkvarkoknak nevezzük, a többi alkotórészt pedig virtuálisgluonokkal és kvark-antikvark párokkal sikerült azonosítani, amiket együtttenger-nek nevezünk, a benne levő kvarkokat pedigtengerkvark-oknak.
Ac kvarkot ("bájos kvark")1973-banSheldon Glashow,Iliopoulos ésMaiani posztulálta, hogy megelőzze a standard modell nemfizikai ízváltásait a gyenge bomlásokban. A J/ψ-mezon (két csoport által, az egyik az egyik, a másik a másik nevet adta, végül egyesítették a két nevet)1975-ös felfedezése után felismerték, hogy ez egyc kvarkból és antikvarkból áll.
