Quarks sind fundamentale Elementarteilchen und bilden die primären Bausteine der Materie. Sie sind die einzigen bekannten Teilchen, die eine fraktionelle elektrische Ladung besitzen. Zusammen mit den Leptonen gehören sie zu den Fermionen, den Teilchen, die dem Pauli-Prinzip gehorchen. Die Existenz von Quarks wurde 1964 unabhängig voneinander von Murray Gell-Mann und George Zweig postuliert, um die damals wachsende Anzahl von Hadronen und deren Eigenschaften zu erklären. Experimentelle Beweise für ihre Existenz, insbesondere durch Streuexperimente am Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) in den späten 1960er Jahren, bestätigten das Quark-Modell.

Es gibt sechs verschiedene Arten, sogenannte "Flavors" oder "Geschmacksrichtungen", von Quarks: Up (u), Down (d), Charm (c), Strange (s), Top (t) und Bottom (b). Jede dieser Geschmacksrichtungen hat eine spezifische Masse und eine charakteristische elektrische Ladung. Up-, Charm- und Top-Quarks haben eine elektrische Ladung von +2/3 der Elementarladung (e), während Down-, Strange- und Bottom-Quarks eine Ladung von -1/3 e besitzen. Die Quarks der ersten Generation (Up und Down) sind die leichtesten und bilden die Bausteine der gewöhnlichen Materie, aus der Protonen und Neutronen bestehen. Die schwereren Quarks (Charm, Strange, Top, Bottom) treten in instabilen Teilchen auf, die in Hochenergieexperimenten oder bei kosmischer Strahlung erzeugt werden.

Neben der elektrischen Ladung besitzen Quarks eine weitere fundamentale Eigenschaft, die als "Farbladung" bezeichnet wird. Diese Farbladung ist analog zur elektrischen Ladung, jedoch gibt es drei Arten von Farbladungen, die willkürlich als "rot", "grün" und "blau" bezeichnet werden. Antiteilchen der Quarks, die Antiquarks, tragen entsprechende Antifarbladungen. Die Farbladung ist die Quelle der starken Wechselwirkung, einer der vier fundamentalen Kräfte der Natur. Diese Kraft wird durch den Austausch von Gluonen vermittelt, die selbst Farbladung tragen. Die Quantenchromodynamik (QCD) ist die Theorie, die die starke Wechselwirkung zwischen Quarks und Gluonen beschreibt.

Ein einzigartiges Merkmal der Quarks ist das Phänomen des "Confinements" oder der "Farbeinschlusses". Dies bedeutet, dass Quarks niemals isoliert beobachtet werden können. Die starke Kraft zwischen Quarks nimmt mit zunehmendem Abstand nicht ab, sondern wächst sogar an. Versucht man, Quarks voneinander zu trennen, wird so viel Energie in das Feld zwischen ihnen gepumpt, dass neue Quark-Antiquark-Paare entstehen, die dann neue Hadronen bilden. Quarks treten immer in gebundenen Zuständen auf, die als Hadronen bekannt sind. Es gibt zwei Haupttypen von Hadronen: Baryonen, die aus drei Quarks bestehen (z.B. Protonen mit u-u-d und Neutronen mit u-d-d), und Mesonen, die aus einem Quark und einem Antiquark bestehen (z.B. Pionen oder Kaonen).

Im Standardmodell der Teilchenphysik sind Quarks fundamentale Fermionen, die zusammen mit Leptonen die Materiebausteine bilden. Ihre Wechselwirkungen, insbesondere die starke Kraft, sind entscheidend für die Stabilität von Atomkernen und die Struktur der Materie. Die schweren Quarks spielen eine wichtige Rolle in der Untersuchung von CP-Verletzung und der Suche nach Physik jenseits des Standardmodells, da ihre Zerfälle empfindlich auf neue Teilchen oder Wechselwirkungen reagieren können. Die detaillierte Untersuchung der Quarkeigenschaften und ihrer Wechselwirkungen ist ein zentrales Forschungsfeld in der Teilchenphysik und trägt zum Verständnis der fundamentalen Natur des Universums bei.