夸克禁閉

在量子色動力學中，夸克除了具有“味”的特性外，還具有三種“色”的特性，分別是紅、綠和藍。這裡“色”並非指夸克真的具有顏色，而是借“色”這一詞形象地比喻夸克本身的一種物理屬性。量子色動力學認為，一般物質是沒有“色”的，組成重子的三種夸克的“顏色”分別為紅、綠和藍，因此疊加在一起就成了無色的。因此計入6種味和3種色的屬性，共有18種夸克，另有它們對應的18種反夸克。夸克受到被稱為色荷的強力的束縛，帶色荷的夸克被限制與其他夸克在一起(兩個或三個組成一個粒子)，使得總色荷為零。不可能從核子中單個地分離出來，這種奇特性質被稱為夸克禁閉或色禁閉。 它能將粒子結合為無色的狀態。

夸克是在宇宙產生10 秒后產生的，那時宇宙的溫度已經下降到低於100GeV，這是產生成對的W和Z粒子的門檻。從那個時候起，W和Z粒子接過了進行粒子間弱相互作用的任務而且也不會單獨存在，除非在它們產生的地方（短暫的）。宇宙誕生后約10 ~10 秒之間，其溫度降到夸克不再有足夠的能量自由漫遊的程度，而是兩個或三個約束在一起。宇宙誕生大約1微秒后，可用能量低於幾百TeV，夸克和反夸克凝聚成重子和反重子。夸克等離子階段在宇宙起源10 秒后就結束了。

夸克（英語：quark，又譯“層子”或“虧子”）是一種基本粒子，也是構成物質的基本單元。夸克互相結合，形成一種複合粒子，叫強子，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；只能夠在強子裡面找到夸克。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”，分別是上、下、粲、奇、底及頂。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、粲、頂及底則只能經由高能粒子的碰撞產生（例如宇宙射線及粒子加速器）。

夸克有著多種不同的內在特性，包括電荷、色荷、自旋及質量等。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”（電磁相互作用力、萬有引力、強相互作用力及弱相互作用力）。夸克同時是現時已知唯一一種基本電荷非整數的粒子。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大小一樣但正負不同。

夸克模型分別由默里·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，而當時並沒有什麼能證實夸克存在的物理證據，直到1968年SLAC開發出深度非彈性散射實驗為止。夸克的六種味已經全部被加速器實驗所觀測到；而於1995年在費米實驗室被觀測到的頂夸克，是最後發現的一種。

強相互作用是作用於強子之間的力，是所知四種宇宙間基本作用力最強的，也是作用距離第二短的（大約在 10m 範圍內，比弱相互作用的範圍大）。另外三種相互作用分別是引力、電磁力及弱相互作用。核子間的核力就是強相互作用。它抵抗了質子之間的強大的電磁力，維持了原子核的穩定。強相互作用也將夸克基本粒子結合成為質子及中子等強子，這也是組成大部分物質的粒子。而且一般質子或中子里，大部分的質能是以強相互作用場能量的形式存在，夸克只提供了1%的質能。

強相互作用可以在二個地方看到：較大的尺度（約1至3飛米）下，強相互作用將質子及中子結合成為原子的原子核，較小的尺度（約0.8飛米，約為核子的尺寸）下，強相互作用將夸克結合，成為質子、中子或其他強子。強相互作用的作用力非常強，大到束縛一個夸克的能量可以轉換為新的夸克對的質量，強相互作用的這個性質稱為夸克禁閉。

強相互作用是唯一強度不會隨距離減小的作用力，但因為夸克禁閉，夸克會限制和其他夸克在一起，形成的強子之間會有殘留的強相互作用，也稱為核力，核力會隨距離而迅速減少。撞擊原子核釋放的部分束縛能和產生的核力有關，而核力也用在核能及核聚變式的核武器中。

強相互作用一般認為是由膠子傳遞的，膠子會在夸克、反夸克及其他膠子之間交換。膠子會帶有色荷，色荷和人眼可見的顏色完全沒有關係，色荷類似電荷，但色荷有六種（紅、綠、藍、反紅、反綠、反藍），因此會形成不同的力，有不同的規則，在量子色動力學（QCD）中有描述，這也是夸克-膠子相互作用的基礎。吳秀蘭等科學家對膠子發現有很大貢獻的科學家，在1995年因此獲得了歐洲物理學會髙能和粒子物理獎。

在大爆炸后，電弱時期時，弱電相互作用和強相互作用分離，統一弱相互作用和電磁相互作用的電弱統一理論已經獲得實驗證實。科學家進一步預期有一個大統一理論可以統一弱電相互作用及強相互作用，現今有許多是大統一理論的理論，第一個是哈沃德·喬吉和謝爾登·格拉肖於1974年提出了最早的SU(5)大統一理論，但和實驗不合，其他的理論有SO(10)模型、喬吉-格拉肖模型，但還沒有一個是廣為科學家接受，且有實驗證實的理論，而且許多大統一理論都預言質子衰變，但目前也還沒有實驗支持，大統一理論也還是未解決的物理學問題之一。