גרעיני האטום מורכבים מחלקיקים הנקראים נייטרונים ופרוטונים. חלקיקים אלו אינם יסודיים, אלא מורכבים מתתי-חלקיקים הנקראים קוורקים. ככל הידוע לנו כיום, הקוורקים הם חלקיקים יסודיים, אך ייתכן שמסקנה זאת תשתנה בעתיד.
בטבע ידועים שישה סוגי קוורקים: up, down, charm, strange, top, bottom. הקוורקים שונים במסותיהם ובתכונות נוספות. הפרוטונים והנייטרונים מורכבים משני סוגי הקוורקים הקלים ביותר: up ו-down.
הפרוטון מורכב משני קוורקים מסוג upp ומקוורק מסוג down. הנייטרון מורכב משני קוורקים מסוג down ומקוורק מסוג up.
למסקנה זאת, קרי שהפרוטונים והנייטרונים מורכבים מקוורקים, הגיעו על סמך ניתוח תוצאות ההתנגשויות בין חלקיקים באנרגיות גבוהות. ניסויים אלו התבצעו במאיץ חלקיקים. למעשה, מאיץ החלקיקים הוא מעין מיקרוסקופ המאפשר לנו לראות מה קורה במרחקים קצרצרים פי מליון מרדיוס האטום. במרחקים אלו ניתן ״לראות״ שכל אחד מהפרוטונים והנייטרונים מורכבים משלושה קוורקים.
מאידך, כאשר מתבוננים בחומר הסובב אותנו נראה שהוא מכיל רק פרוטונים ונייטרונים ולעולם לא קוורקים ״חופשיים״. נראה שקוורקים תמיד כלואים ב״חבילות״ של שלושה.
בשנות השבעים של המאה הקודמת העלו פיזיקאים השערה, שאותה כינו ״השערת הכליאה״, לפיה לא ניתן לבודד קוורקים בגינו של "הכח החזק".

הבה נדון בדינמיקה המתקיימת בין קוורקים. נניח שאנחנו מנסים להרחיק שני קוורקים זה מזה.
מתברר שבמרחקים קצרצרים, קצרים יותר ממליונית רדיוס האטום, עצמת פעילות הגומלין בין הקוורקים שואפת לאפס. ככל שהמרחק ביניהם קצר יותר כך הם נעשים ״חופשיים״ יותר. תופעה זאת, שהיא הפוכה מפעילות הגומלין המוכרת לנו בין מטענים חשמלים, נקראת ״חופש אסימפטוטי״. על גילוי החופש האסימפטוטי בין הקוורקים זכו ווילצ׳ק, גרוס ופוליצר בפרס נובל לפיזיקה בשנת 2004. [1] כאשר מנסים להרחיק את הקוורקים זה מזה מתגלה תופעה שנוגדת את האינטואיציה: עצמת פעולת הגומלין ביניהם הולכת וגדלה. הדבר נראה משונה, שכן כאשר מרחיקים מסות או מטענים חשמליים אחד מהשני הכוח ביניהם הולך וקטן. במקרה של הקוורקים הכוח דווקא הולך וגדל, וכבר במרחק של רדיוס הגרעין הכוח מתייצב על ערך שדומה למשקל פיל!כיצד קורה הדבר? למען האמת זוהי בעיה שלא נפתרה עדיין באופן מדויק. הסברה המקובלת ביותר היא שכאשר מנסים להרחיק קוורקים זה מזה נמתח ביניהם מעין מיתר בעל מתיחות עצומה - כמשקל פיל.
המיתר המתואר מורכב מאוסף צפוף עד מאוד של חלקיקים אחרים הנקראים גלואונים. הגלואונים נדבקים זה לזה ויוצרים שרשרת דמוית מיתר שבסופה נמצאים הקוורקים.
האם דינם של הקוורקים להיות כלואים? האם ייתכן שקוורקים ישתחררו מכליאתם?
חישובים מראים שבתנאים של צפיפות חומר אדירה או לחילופין בטמפרטורה עצומה, הגבוהה פי מאה אלף מטמפרטורת השמש, המיתר ״נמס״. בתנאים קיצונים אלו מתיחות המיתר הכולא את הקוורקים נעשית אפסית והקוורקים משתחררים לחופשי. טמפרטורות כה גבוהות מתקיימות בניסוי ״אליס״ במאיץ החלקיקים CERN אשר בז׳נבה, שוויץ [2].
מטרת הניסוי ״אליס״ איננה רק ללמוד על התנהגות הקוורקים בתנאים קיצונים המתקיימים בצורה מלאכותית. קיימת השערה שבכוכב נייטרונים, שהוא סוג דחוס במיוחד של כוכב הנוצר מקריסתם של כוכבים שמסתם גדולה מאוד ממסת השמש שלנו, מתקיימים תנאי צפיפות כה גבוהים כך שתופעת הכליאה נעלמת והקוורקים הם חופשיים.
על הבנת תופעת ה״חופש האסימפטוטי״ ניתן, כאמור, פרס נובל בשנת 2004. תופעת הכליאה אינה מובנת דיה והיא כה חשובה עד שמכון קליי למתמטיקה הציע פרס כספי למי שיפתור בעיה הקשורה אליה באופן הדוק [3]. אם תוכיחו שגלואונים נדבקים זה לזה כך שהם יוצרים את המיתר שכולא את הקוורקים תוכלו לזכות במליון דולר!