夸克（quark）是物质性的 基本粒子 ，是构成物质的基本单元。 在粒子物理的标准模型中，它是唯一一种能经受 引力 、电磁、 强相互作用 和弱相互作用四种基本力的基本粒子，也是唯一一种已知基本电荷为非整数的粒子。夸克具有分数电荷、质量和 自旋 等各种固有属性。在图像化时，有时它会被视为一个沿着自己的中轴转动的物体（所以名叫“自旋”）。但是由于科学家们认为基本粒子应是点粒子，所以上述这个看法有一定的误导性。自旋可以用矢量来代表，其长度可用约化普朗克常数ћ来量度。因此根据自旋统计定理，它们是费米子，遵守泡利不相容原理，即两个相同的费米子不能同时拥有相同的量子态。这一点跟玻色子相反（拥有整数自旋的粒子），在相同的量子态上相同的玻色子没有数量限制。跟轻子不同的是，夸克拥有色荷，因此它们会参与强相互作用。它们具有分数电荷，是基本电量的+2/3或-1/3倍，自旋为1/2。其空间尺度是微观粒子中最小的，大约小于10的-19次方米。由于一种叫‘夸克禁闭’的现象，夸克不能够直接被观测到，或是被分离出来，只能够在强子里面找到。这些由夸克组成的强子，依据自旋性质可分为两类：自旋为半奇数的重子和自旋为整数的介子。
夸克有6种类型，被称为"味道"（Flavor，基本粒子的一种量子数），包括：上夸克（up quark，u）、下夸克（down quark，d）、奇异夸克（strange quark，s）、粲夸克（charm quark，c）、底夸克（bottom quark，b）和顶夸克（Top quark，t）。夸克的每一种味都有一种对应的反夸克，反夸克与夸克的不同之处只在于它的一些特性跟夸克大小一样但符号不同，正负不同。 在这6种夸克当中，质量最小的是上夸克和下夸克。粒子衰变是一个从高质量态变成低质量态的过程。由于较重的夸克会通过 粒子衰变 迅速转变为上夸克或下夸克，因此上夸克和下夸克通常是稳定的，并且在 宇宙 中常见。而其他夸克只有通过高能物理实验来发现可能包含它们的束缚态粒子。
夸克互相结合。形成一种复合粒子，叫强子，强子中最稳定的是质子和中子，它们是构成 原子核 的单元。因此夸克只能作为强子的组分存在于强子内部，它们本身没有单独存在的自由。除了这些价夸克，任何强子都可以含有无限量的虚（或“海”）夸克、反夸克，及不影响其量子数的胶子。夸克不能直接被观测到，也不能被分离出来，只能在强子里面找到。这种现象叫作“夸克禁闭”。
1964年，美国物理学家迈克尔·盖尔曼（Michael Gell-Mann，1929-2019）和兹韦格（George Zweig，1937-）分别独立提出夸克模型。然而比约肯根据这种暗示，结合雷吉极点等其它一些使求和规则收敛的强相互作用概念，自然地得出了结构函数标定无关性。标定无关性提出后，很多人不相信。正如弗里德曼所说：“这些观点提出来了，我们并不完全确认。他是一个年轻人，我们感到他的想法是惊人的。我们预料看不到点状结构，他说的只是一大堆废话。”上世纪5、60年代实验上观测到200多个强子。因此，探索如此大数目强子可能的内部结构并建立它们的‘元素周期表’成为当时粒子物理学家思考的问题。他们认为强子是由更基本的单元——夸克组成的，夸克有三种，即上夸克、下夸克和奇异夸克。 直到1968年，美国斯坦福直线加速器中心—麻省理工学院合作组通过动力学实验验证了夸克的存在，并在普通物质或宇宙线中发现了能够证明上夸克、下夸克和奇异夸克存在的首个令人信服的实验证据。 1974年，美国华裔科学家 丁肇中 与美国科学家瑞奇特分别在实验中发现了一种新粒子，称为J/y粒子。由于J/y粒子是粲夸克与其反粒子组成的 束缚态 粒子，可直接证实 粲[càn] 夸克的存在。 1977年，美国物理学家莱德曼通过发现新粒子而发现第五种夸克—底夸克，随后在正负电子对撞机上，得到了证实。在1994-1995年，美国费米实验室发现并证实了顶夸克的存在。
分类
基本粒子 的标准模型是描述组成物质世界的基本粒子以及它们之间的相互作用( 引力 除外)的理论。标准模型认为物质都是由基本粒子组成的，基本粒子分成两类，称为夸克和轻子。如下图所示。
粒子物理标准模型包含希格斯（Higgs）玻色子，在这个模型中，夸克有6种类型，被称为"味道"，包括：上夸克（u）、下夸克（d）、奇异夸克（s）、粲夸克（c）、底夸克（b）和顶夸克（t），这些夸克被分为三代。第一代夸克包含上夸克和下夸克，是构成可见物质原子核中质子和中子的主要成分。总体而言，质子由两个上夸克和一个下夸克组成，中子则由一个上夸克和两个下夸克组成，反中子则由三个相应的反夸克组成。第二代的夸克包括奇夸克和粲夸克，它们可以在高能环境中（如在宇宙线或人造粒子加速器产生的粒子碰撞中）找到。第三代的夸克包括顶夸克和底夸克，这两种夸克可在超高能的粒子加速器实验中产生，不存在于我们周围的环境中。
性质
夸克具有分数电荷Q(以|e|为单位)，电荷值为分数—基本电荷的+2⁄3倍或-1⁄3倍，随味而定。 上夸克、粲夸克和顶夸克又称为“上型夸克”，具有2/3的电子电量；下夸克、奇夸克和底夸克又称为“下型夸克”，则具有-1/3的电子电量。反夸克与其所对应的夸克电荷相反：上型反夸克的电荷为−2⁄3，而下型反夸克的电荷则为+1⁄3。 自旋 是 基本粒子 的基本性质之一，是内禀运动 量子数 的简称 ，夸克的自旋都是1/2。根据自旋统计定理，它们是费米子，遵守泡利不相容原理，即两个相同的费米子不能同时拥有相同的量子态。夸克的质量如下图所示。
其中上夸克质量约为1.7至3.3 MeV/c²，下夸克质量约为4.1至5.8 MeV/c²，粲夸克质量: 1,270+70−90（MeV/c²），奇夸克质量: 101+29−21（MeV/c²），底夸克质量: 4,190+180−60（MeV/c²），顶夸克质量: 172,000±900 ±1,300（MeV/c²）。
每个夸克都有“ 色荷 ”作为其内禀性质，即夸克也有“颜色”的区别，每种“味”的夸克有“蓝”、“红”和“绿”三种颜色，反夸克与夸克颜色相反，即反红、反蓝和反绿。正是因为夸克带色，描写夸克之间相互作用的动力学叫量子色动力学(QCD)。不同颜色的夸克靠胶子结合在一起。 胶子是微观粒子之间色相互作用的媒介粒子。 夸克之间会通过交换胶子的方式发生强相互作用，胶子之间也会发生强相互作用。
重子数 是粒子物理中的一个 量子数 ，用B表示，在重子参加的过程中，反应前各粒子的重子数B的代数和同反应后各粒子的重子数B的代数和 相等 ，即重子数守恒。 夸克的重子数为1/3，反夸克的重子数为-1/3。 每一种夸克都有对应的反夸克，其电荷、同位旋等量数与对应夸克相反。
发现历史
1961年，美国物理学家默里·盖尔曼（Michael Gell-Mann，1929-2019）和 以色列 物理学家内曼（Yuval Neemann，1925-2006）各自独立地提出了强作用对称性的理论——八重态（eightfold way），即把性质相近的强作用 基本粒子 分成一个个的族，并认为每个族成员应有8个。八重态将已知的全部基本粒子归类，尚未发现粒子的性质可以根据已知粒子的特性进行推导。
1964年， 默里·盖尔曼 和兹韦格在八重法的基础上分别提出了最初的夸克模型，认为中子、质子这一类强子是由更基本的单元——夸克组成的，夸克有三种，即上夸克、下夸克和奇异夸克。用上、下和奇这三种夸克及其反粒子就可以解释当时已发现的强子并且预言了Ω并很快被实验所观测到。物理学家当时并不愿意把这些物体视为夸克，反而叫它们做“部分子”（parton）—一个由理查德·费曼（Richard Phillips Feynman）所创造的新词。在夸克模型中，夸克带有分数电荷，掌管夸克之间相互作用的强相互作用由三种色的不同组合负责，靠交换作为规范玻色子的胶子结合，描述这一相互作用的理论是量子色动力学（QCD），夸克不可能单独被观测到。“夸克”一词是盖尔曼从 詹姆斯·乔伊斯 的小说《芬尼根的守灵夜》(Finnegan's Wake)中取自古词句“向麦克老人三呼夸克。（Three quarks for Muster Mark）”，这一说法无非是指一个质子中有三个夸克。夸克在该书中具有多种含义，其一是一种海鸟的叫声。盖尔曼认为，这适合他最初认为“基本粒子不基本、基本电荷非整数”的奇特想法，同时他也指出这只是一个笑话，是对矫饰的科学语言的反抗。另外，也可能是出于他对鸟类的喜爱。盖尔曼原本想用鸭的叫声来命名夸克。 直到1968年 ，美国斯坦福直线加速器中心（SLAC）验证了夸克的存在。为此，物理学家杰罗姆·弗里德曼（Jerome Friedman）、 亨利·肯德尔 （Henry Kendall）和查德·泰勒（Richard Taylor）三人分享了1990年的 诺贝尔物理学奖 。早在1968年，加州理工学院的费曼已经想到强子是由更小的“部分子”组成的。同年8月他访问斯坦福直线加速器中心时，看到了非弹性散射的数据和比约肯标度无关性。 默里·盖尔曼 因发现夸克而获得1969年度诺贝尔物理学奖。
1974年，美国华裔科学家 丁肇中 （Samuel Chao Chung Ting，1936-）与美国科学家瑞奇特（Burton Richter，1931-）分别在实验中发现了一种长寿命大质量的新粒子，称为J/y粒子。 由于J/y粒子是粲夸克与其反粒子组成的 束缚态 粒子，可直接证实粲夸克的存在。 为此，丁肇中与瑞奇特一起分享了1976年的诺贝尔物理学奖。
1977年，美国物理学家莱德曼（Leon M. Lederman，1922-）发现了一种长寿命的新粒子，只能引入第五种夸克——取名为“美”（Beauty）或“底”（Bottom），用字母b代表；以前，顶夸克有时也会被叫作“真”夸克（用字母t代表），但这两个名字（“美”和“真”）已经很少人会用了。 后来在正负电子对撞机上做实验，进一步证实了该粒子的存在，该粒子是由新的一味夸克——底夸克组成。
这是一个代表顶夸克存在的有力征兆：没有顶夸克的话，底夸克就没有伴侣。1994年，美国费米实验室的CDF组在质子-反质子对撞机上发现了一个最重的夸克—顶夸克（top），用字母t代表。1995年，CDF组寻找更多证据的同时，同实验室的DØ小组用不同的方法找到了由顶夸克衰变为底夸克和W玻色子的事例，两组实验相互得到了印证，证实了顶夸克的存在。
1964年，美国科学家格林伯格（Oscar Wallace Greenberg）提出了盖尔曼－茨威格模型的延伸方案，引入了夸克的一种自由度——“颜色”（color）的概念，是一种量子数的代名词，每味夸克下面都有三种小分类fB、fG和fR，对应三种颜色分别是蓝、绿和红。夸克的种类由原来的6种扩展到18种，再加上与它们对应的18种反夸克（每种反夸克带一种反色荷，对应反蓝、反绿、反红三种反色），自然界一共有36种夸克。
研究进展
Λ 超子 的整体 极化 效应是夸克研究领域的一个新的热点。2017年，在美国布鲁克海文国家实验室的 相对论重离子对撞机 (relativistic heavy ioncollider，RHIC)上，STAR (solenoidal tracker at RHIC) 实验组 首先观测到了Λ超子的整体极化效应，结果显示相对论重离子碰撞中产生的Λ 超子 是沿着反应面 法线 方向的反方向极化的。这一结果引发了相关问题的大量后续理论与实验研究，使 自旋 物理以及由此衍生的手征与 电磁场 效应成为当前 重离子 碰撞物理领域的新方向。
夸克- 胶子 等离子体 的研究也是夸克领域的成果之一。在宇宙大爆炸的初期，在极端高温和高密的环境中，夸克不是被囚禁在 中子 、 质子 等 强子 中，而是以新的物质形态—夸克一胶子等离子体，在较大的尺度内自由自在、无拘无束地运动。 夸克-胶子等离子体 的研究可以帮助人类了解 宇宙 早期的条件，通过模拟和实验观测夸克胶子等离子体，科学家们可以推断宇宙演化的过程。 夸克-胶子等离子体 也与高能物理现象有关，通过研究高能 重离子 碰撞中的实验特征，科学家可以探索粒子间相互作用和强相互作用的基本规律。 夸克- 胶子 等离子体 的研究已经成为高能物理和宇宙学领域的重点之一。
研究意义
研究夸克之间的相互作用和性质，可以深入了解 微观 粒子内部结构及其转化规律。这对基础物理学的发展起到了重要推动作用。夸克研究的重大突破代表着当今世界最高水平的科学研究成果。 因为人类对微观世界的认识必须依赖实验手段的进步而不断深入， 粒子加速器 、探测手段、数据记录和处理以及 计算机 技术的不断发展，除了推动粒子物理本身的深入研究，还促进了其他科学技术的进步。同时，夸克的研究还促进了 天体物理学 与 宇宙 学的发展，通过揭示宇宙演化过程中从微观到宏观的相互渗透转化的逻辑进程，夸克研究为我们更好地理解宇宙的形成与演化提供了重要线索。此外，夸克研究也对哲学关于物质结构的认识做出了重要贡献，丰富和发展了 辩证 唯物主义 的物质观与 自然观 。夸克的发现和研究向我们展示了人们对物质结构的不断深化和无止境的探索过程。总而言之，夸克研究在 微观 粒子物理学 、天体物理学、哲学等领域都具有重大意义。