Dette var gode nyheder for forskere, som havde forsøgt at forenkle det, der var blevet kendt som en ”zoologisk have” af partikler. I begyndelsen af årtiet spekulerede to forskellige fysikere, George Zweig og Murray Gell-Man, først i, at partiklerne ikke var elementarpartikler, men bestod af forskellige partikler, der bar enten en tredjedel eller to tredjedele af ladningen af hver af partiklerne. Begge kom med ideen om tre meget grundlæggende elementarpartikler, som ville udgøre mange af de partikler, der så dybt forplantede sig i fysikken. Zweig kaldte partiklerne for ”esser”. Gell-Man kaldte dem ”kvarker” efter en gennemlæsning af James Joyces Finnegans Wake og nonsensdigtet ”Three quarks for Muster Mark”’

Denne nye teori fungerede meget godt til at forklare ladning, spin og masse. Den hjalp med at sætte de mange forskellige subatomare partikler ind i en sammenhæng. I stedet for et forvirrende antal elementarpartikler med forskellige egenskaber var der nu kun tre, hvis kombination udgjorde den mangfoldighed af partikler, som forskerne havde opdaget. Det var lidt ligesom den erkendelse, at de mange stoffer i verden kunne forstås som kombinationer af et relativt lille antal atomer. To forskellige kombinationer af kvarker kunne udgøre en proton eller en neutron på samme måde som to forskellige kombinationer af hydrogen- og oxygenatomer kunne udgøre vand eller en syre. Det eneste problem var, at ingen havde nogen beviser for, at kvarker eksisterede – indtil noget inde i protonerne begyndte at få elektronerne til at suse af sted i tilfældige retninger. Da elektronerne spredte sig, blev den tilsyneladende overflødige teori bekræftet.

I løbet af de næste par årtier blev der tilføjet flere kvarker til det forenklede system, hvilket bragte antallet af kvarker op på seks. Folk fandt ud af, hvorfor vi ikke havde fundet nogen kvarker af sig selv. Den kraft, der trækker dem sammen i par eller tre, bliver stærkere, efterhånden som de bevæger sig længere væk fra hinanden, ligesom et elastikbånd. Kun begivenheder med utrolig høj energi kan adskille dem i bare kort tid. Kvarker kan også ændre “smag”. Selv om ingen til dato nogensinde har “set” en kvark i sig selv, stemmer eksperimentelle resultater og observerede egenskaber ved partiklerne så perfekt overens med teorien om deres eksistens, og stemmer ikke så godt overens med nogen anden teori, at forskerne er tilfredse med, at de eksisterer. De forklarer for mange ting for godt til ikke at være derinde et eller andet sted.

Farverne og smagsstofferne

Navnet “kvark” stammer fra et nonsens-digt, hvilket er fair nok – men et hurtigt kig på en oversigt over deres egenskaber får det til at se ud til, at nonsenset ikke slutter ved navnet. De findes i ”smagsvarianter”, hvilket, da de ikke kan smages, intet betyder, da de ikke kan smages. De har farver, og studiet af dem kaldes kvantekromodynamik, men det er klart, at de ikke har nogen farve, som vi rent faktisk kan se. Hvad er disse mærkelige egenskaber, og hvorfor skal de navngives i egenskaber, som de ikke har?

Som sagt findes kvarker ikke af sig selv. De vandrer rundt i par, og visse par slår sig altid sammen. Parrene er som følger, op og ned, charmet og strange, top og bund. Den første kvark, der nævnes i hvert af disse par, havde en ladning på to tredjedele af en proton-enhed af ladning. Den anden kvark i hvert par har en ladning på en negativ tredjedel. I den oprindelige teori giver to up-kvarker og en down-kvark tilsammen en positiv ladning på en tredjedel – eller en proton. To down-kvarker og en up-kvark har en ladning, der tilsammen er nul, og danner neutroner. Men hvis tre kvarker har positive ladninger på to tredjedele og tre kvarker har negative ladninger på en tredjedel, hvorfor er der så ikke kun to kvarker i alt? Hvad er forskellen? Hver af kvarkerne har bare lidt forskellige masser. Det er derfor, at protoner og neutroner, da de blev undersøgt, viste sig at have lidt forskellige masser. Den forskellige kombination af kvarker gav dem en forskellig masse. Denne kombination af ladning og masse samt et par andre mere esoteriske egenskaber udgør hver kvarks ”smag”. Hvad angår spørgsmålet om, hvorfor de ikke bare kan kaldes ”typer” – måske skulle vi spørge James Joyce.

Farver er en anden drejning på kvarker. De er en kombination af teoretisk nødvendighed og eksperimentelle beviser. Kvarker er presset sammen på et meget lille rum, og Pauli-eksklusionsprincippet siger, at to partikler ikke kan eksistere i samme tilstand på samme tid. To up-kvarker burde ikke kunne sidde i den samme proton. Noget måtte være anderledes. Indfør ”farverne” af kvarker. Der findes blå, røde og grønne kvarker i hver smag. De går sammen og danner farveløse partikler – analogt med den måde, hvorpå mange forskellige farvede lys blandes sammen til et farveløst hvidt lys. Dette kunne måske bare være blevet betragtet som en fudge-faktor for fysikken, men eksperimentelle kollisioner af elektroner og antiprotoner har vist, at der findes tre gange så mange slags kvarker, som der ville være baseret udelukkende på ”smagsvarianter”

I sidste ende er kvarker så mystiske, fordi deres egenskaber ikke ligner det, vi oplever i makroverdenen, og alligevel er de navngivet efter egenskaber, som vi er helt fortrolige med. At oversætte mellem en farve, som vi ser den, og en farve, som i en væremåde dikteret af matematiske og eksperimentelle resultater, er desorienterende. Den bedste måde at forstå kvarker på er at forstå, at de snarere end at være eksotiske tjener som en måde at organisere og forenkle den vidtstrakte subatomare verden på. De er en slags periodisk system af elementer – for elementerne. Vil forskerne finde noget mindre? Hvem ved, men hvis de gør det, må vi håbe, at de opkalder det efter noget fra Jabberwocky. Jeg vil gerne se en fysikforelæsning om “mome raths”.”

Topbillede: Yarnalgo
Particle Image: Yarnalgo
Particle Image: Io9
Tabel af kvarker: MissMJ

Via NASA to gange, Hyperphysics tre gange, Particle Adventure, og Duke.