La Fisica delle particelle elementari

Per spiegare alcune combinazioni osservate, è necessario supporre che i tre quark, altrimenti identici, siano contraddistinti da un'altra caratteristica: un nuovo tipo di carica, bizzarramente chiamata colore, sulla quale agisce la forza forte. Ciascun sapore di quark può portare uno dei tre tipi di colore: rosso, verde o blu. A un quark rosso corrisponde un antiquark avente una carica di colore antirosso (che è uguale al cyan, un blu verdastro); altri antiquark portano cariche antiverde (magenta) e antiblu (giallo).

L'analogia tra questo nuovo tipo di carica e il colore rende possibile enunciare le regole secondo le quali si combinano i quark. Gli adroni non presentano una carica di colore; pertanto la somma dei colori dei quark componenti deve essere bianco o assenza di colore. Così le sole combinazioni consentite sono quelle di un quark e del suo antiquark, che danno origine ai mesoni, e di un quark rosso, un quark verde e un quark blu che danno origine ai barioni.

 

I barioni, come i protoni e i neutroni, sono fatti di tre quark, ognuno con un colore diverso. I mesoni sono fatti di un quark di un colore e di un antiquark del suo <anticolore>

Gli stati di colore non appaiono mai isolati. Questa scoperta è in accordo con il fatto che i quark liberi, che portano una singola carica di colore, non sono mai stati osservati. L'azione della forza forte tra i quark colorati deve essere straordinariamente potente,  forse abbastanza potente da confinare in permanenza i quark all'interno di adroni incolori. Tuttavia, la descrizione delle violente collisioni tra elettroni e positroni secondo il modello a quark ipotizza che i quark che danno origine ai getti di adroni osservati divergano liberamente nell'istante immediatamente successivo alla collisione. L'evidente indipendenza dei quark a distanze molto brevi viene chiamata libertà asintotica ed è stata descritta nel 1973 da David J. Gross e Frank Wilczek della Princeton University e da B. David Politzer, allora alla Harvard University.

L'analogia porta a una comprensione operativa di questo stato di cose paradossale nel quale i quark interagiscono soltanto debolmente quando sono vicinissimi, eppure non si possono separare. Possiamo pensare a un adrone come a una bolla nel cui interno sono imprigionati i quark. All'interno della bolla i quark si muovono liberamente, ma non possono sfuggire. Le bolle sono ovviamente soltanto una metafora per spiegare il comportamento dinamico della forza tra i quark e una più completa spiegazione di ciò che sappiamo sul confinamento dei quark può aversi solo da un esame delle forze attraverso le quali le particelle interagiscono.