Мы уже упоминали. что многие из известных элементарных частиц могут быть построены из субчастиц. В 60-е годы была разработана кварковая модель адронов (М. Гелл-Манн, Дж. Цвейг).

Кварки - частицы со спином 1/2. Обычные (не экзотические) барионы состоят из трех кварков, а обычные мезоны из кварка и антикварка. Исходя из кварк - лептонной симметрии, существуют 6 типов кварков (кварковых ароматов) - u, d, s, c, b, t - (по первым буквам английских слов - верхний, нижний, странный , очарованный , красивый и истинный). Три кварка, (d, s, b,) имеют электрический заряд - 1/3, а другие три кварка (u, c, t,) - заряд + 2/3. Самый массивный t- кварк обнаружен в 1994 г (зарегистрированы процессы, которые свидетельствуют о его существовании).

Согласно квантовой хромодинамике, наряду с ароматом все кварки могут находится в трех цветных состояниях : "желтом", "синем" и "красном". Кварк одного цвета может перейти в кварк другого цвета, испустив цветной глюон. Взаимодействие между кварками осуществляется путем обмена между глюонами. Глюоны - пестрые (двухцветные) частицы с нулевой массой покоя и спином 1. Существует 8 глюонов. Глюон взаимодействует с другими глюонами и сами с собой.

Квантовая хромодинамика (цветодинамика) подобна электродинамике, в которой фотон обладал бы электрическим зарядом.

Кварки находятся в адронах в таких цветовых состояниях, что суммарный цветовой заряд адрона равен нулю - адроны являются бесцветными или белыми.

Все попытки обнаружить свободные кварки не увенчались успехом.

В квантовой хромодинамике существует гипотеза о так называемой кварковой тюрьме (конфайнменте).

Ситуация с невылетанием кварков из адронов очень похожа на безуспешность попыток отделить северный полюс магнита от южного. Разломав пополам магнитный стержень мы вновь получим два целых магнита, а не отдельные магнитные полюса.

Первые косвенные свидетельства о существовании кварков были получены на основе классификации адронов по т.н. унитарным мультиплетам.

Мультиплет - совокупность частиц (или энергетических уровней) какой - либо системы, обладающих сходнымисвойствами.

Мультиплет адронов - совокупность адронов, обладающих одинаковыми спинами и четностями, близкими массами и сходными сильными взаимодействиями. Существование таких мультиплетов обусловлено симметриями сильного взаимодействия. Преобразования соответствующей группы симметрии "переводят" частицы мультиплета друг в друга. Первый адронный мультиплет - дуплет нуклонов - был введен Гейзенбергом в конце 30-х годов. Протон и нейтрон отличаются своими электромагнитными свойствами (зарядами, магнитными моментами и т.п.), но остальные характеристики у них или совпадают (спин) или очень близки (масса). Протон и нейтрон практически одинаково участвуют в сильном взаимодействии (зарядовая независимость ядерных сил).

Рис. 9

С точки зрения кварковой модели это объясняется тем, что легкие u и d кварки, из которых построены протон: (uud) и нейтрон: (udd), имеют очень близкие массы. Если бы массы остальных кварков были бы равны массам u и d кварков, то симметрия была бы такой же точной, как и в случае нуклона. Из-за больших различий в массах кварков массы частиц в адронных мультиплетах также достаточно сильно различаются и т.н. унитарная симметрия является нарушенной.

На Рис. 9 показан кварковый состав двух мезонных октетов (совокупности 8 частиц): со спином s = 0, что отвечает антипараллельным спинам пары кварк - антикварк (н  п );    cо спином s = 1 - параллельно ориентированные спины кварка и антикварка (н  н), а также барионного октета со спином s = 1/2, что соответствует кварковому составу qqq с ориентацией спинов н  н  п  , а также барионого декуплета (10 частиц со спином 3/2) и ориентацией спинов н н н . Все эти частицы построены только с помощью трех кварков u ,d , s.