DÙ VẬY ĐI NỮA, THÌ CÁC QUARK CÓ TỒN TẠI HAY KHÔNG?
Lý thuyết quark và sắc động lực học lượng tử dựa trên lý thuyết này là rất đẹp. Nhưng liệu có bằng chứng thực nghiệm nào cho bức tranh như thế không? Có và không phải là ít! Thứ nhất, mô hình quark, xuất phát từ các quan điểm nhất quán, giải thích được toàn bộ tính đa dạng của các hađron, chúng được thực nghiệm xác nhận (các baryon và meson). Nói cách khác đối với mỗi hađron, chẳng những chỉ ra được thành phần quark của nó, mà còn mô tả được những trạng thái mà các quark bên trong hađron chiếm giữ (tức là xác định được các đặc trưng của nó).
Thứ hai, mô hình quark cho phép tính được các hệ thức quan sát được bằng thực nghiệm giữa khối lượng của các hađron nhẹ nhất có mặt trong một nhóm bội, cũng như tìm được các mômen từ cùng các đặc trưng khác của chúng. Ta hãy xét, ví dụ, hai nhóm bội baryon: nhóm tám hạt có spin 1/2 và nhóm mười hạt có spin 3/2. Như đã nói ở trên, các hạt trong nhóm mười khác nhau ở khối lượng, vì quark s nặng hơn các quark u và quark d chừng 150 MeV, điều đó đã cho phép tiên đoán khối lượng của hyperon
Chính cũng lập luận này cho ta khả năng thu được hệ thức (công thức Gell-Mann-Okubo) giữa khối lượng của các baryon tham gia vào nhóm tám:
Hệ thức này được thỏa mãn với độ chính xác cao. Hệ thức thứ hai, phù hợp tốt với thí nghiệm, liên hệ các mômen từ của proton và nơtron:
PHÁT HIỆN QUARK THỨ SÁU
Vào năm 1995, sau 18 năm kể từ khi phát hiện ra quark thứ năm, các nhà vật lý thuộc phòng thí nghiệm mang tên Enrico Fermi (gọi tắt là Fermilab) ở Chicago (Mỹ) đã xác nhận được sự tồn tại của quark thứ sáu, quark t (từ tiếng Anh, top = ''trên cùng'') và đo được khối lượng của nó bằng (tương ứng bằng gần 180 lần khối lượng proton).
Tìm kiếm các quark là bài toán hết sức khó khăn, trước hết là vì theo các quan niệm hiện đại chúng luôn luôn nằm ở trạng thái liên kết bên trong các hạt được quan sát thực (các proton, nơtron, pion và các hađron khác). Tính chất này của các quark được gọi là ''confinement'' (sự cầm tù). Khi đó, tìm chúng như thế nào? Người ta cho rằng (và điều đó đã được xác nhận bằng nhiều thí nghiệm) mọi phản ứng tạo ra các hađron ở các năng lượng rất lớn đều đi qua hai giai đoạn. Mới đầu các quark và phản quark được sinh ra và thực tế lập tức diễn ra quá trình tương tác của chúng (quá trình hađron hóa), không thể ghi đo được chúng, chính vì tương tác diễn ra quá nhanh. Kết quả là sinh ra các dòng hađron thấy được trong thời gian thí nghiệm.
Có thể viết phản ứng tạo thành quark t trong va chạm của cặp proton - phản proton như sau:
Các quark t được sinh ra không bền và lập tức phân rã
Khi đó các meson trung gian W và các quark b được tạo thành. Các boson biến thành muon và nơtron muon:
Các quark b xuất hiện cùng với các meson tạo ra các dòng hađron, bay theo hướng xung lượng của các quark b. Nơtrinô, xuất hiện do phân rã của các boson W, phản ứng tất yếu với vật chất, do vậy mà không thể được ghi đo. Kết quả của sự phân tầng các quá trình này, diễn ra rất nhanh trong khoảng thời gian 10-12 giây ở khoảng cách không lớn hơn 3.10-4m tính từ điểm va chạm của proton và nơtron, là sinh ra hai lepton (muon và phản muon electron và positron). Có thể có cả các quá trình giao chéo, nghĩa là các boson có thể phân hủy để tạo thành, chẳng hạn, muon và positron. Các quá trình này được gọi là cá quá trình lưỡng lepton. Việc ghi đo được chúng là một minh chứng không thể chối cãi được của sự xuất hiện quark t, vì rằng khối lượng của các quark khác nhỏ hơn khối lượng boson W rất nhiều và đối với chúng không thể có phân rã tương tự do định luật bảo toàn năng lượng. Phản ứng, khi mà chỉ một quark t bị phân rã thành W và b, và kết quả là chỉ xuất hiện một lepton, cũng đủ để xác nhận sự xuất hiện của quark t. Khi đó, sự phân rã của quark t thứ hai sẽ sinh ra một dòng hađron với phân bố đặc trưng theo các góc bay.
Tại phòng thí nghiệm Fermi (Fermilab) đã ghi được vài chục các sự kiện lượng lepton và đơn lepton như thế. Việc phân tích chính xác dựa trên các định luật bảo toàn năng lượng và xung lượng đã cho phép xác định được khối lượng của quark t.