Được miêu tả bởi sắc động lực học lượng tử, tương tác mạnh giữa các quark được truyền đi bởi các gluon, những hạt boson gauge vector phi khối lượng. Mỗi gluon mang một màu tích và một phản màu tích. Trong mô hình chuẩn của tương tác giữa các hạt (một phần của mô hình tổng quát hơn gọi là lý thuyết nhiễu loạn, các gluon liên tục được trao đổi giữa các quark với nhau thông qua một quá trình hấp thụ và phát ra các hạt ảo. Khi một gluon được truyền đi giữa các quark, màu tích cũng được thay đổi theo; ví dụ, nếu một quark đỏ phát ra một gluon đỏ-phản lục, thì quark này sẽ trở thành quark lục, và ngược lại nếu một quark lục hấp thụ một gluon đỏ-phản lục thì nó sẽ trở thành một quark đỏ. Do vậy, trong khi màu của quark liên tục bị thay đổi, tương tác mạnh giữa chúng luôn được bảo toàn.[74][75][76]

Do các gluon mang màu tích, tự chúng có thể phát ra hoặc hấp thụ những gluon khác. Điều này là nguyên nhân của tính tự do tiệm cận: khi các quark càng lại gần với nhau hơn, lực liên kết sắc động lực học lượng tử giữa chúng trở nên yếu hơn.[77]

Ngược lại, khi khoảng cách giữa các quark tăng lên, lực liên kết giữa chúng trở nên mạnh hơn. Trường màu bị nén mạnh, giống như sợi dây cao su có xu hướng co lại khi bị kéo giãn, và nhiều gluon với màu tích thích hợp được tạo ra một cách tự phát làm mạnh thêm trường màu. Vượt quá 1 mức năng lượng xác định, những cặp quark và phản quark được tạo ra. Những cặp này liên kết các quark bị tách biệt với nhau, làm cho những hadron mới được tạo ra. Hiệu ứng này được gọi là sự giam hãm màu: Các quark không bao giờ xuất hiện một cách cô lập.[78][79] Quá trình hadron hóa này xuất hiện trước khi quark hình thành trong một va chạm năng lượng cao có thể tương tác được với các hạt khác theo một cách bất kì nào đó. Chỉ có quark đỉnh t là một ngoại lệ, nó có thể phân rã trước khi bị hadron hóa.[80]

Biển quark

Các hadron, cùng với các quark hóa trị (qv) đóng góp vào các số lượng tử của chúng, chứa các cặp hạt quark ảo-phản quark ảo (qq) gọi là biển quark (qs). Biển quark hình thành khi một gluon của trường màu hadron tách ra; quá trình này cũng xảy ra ngược lại trong sự hủy của hai biển quark để tạo ra một gluon. Kết quả là một dòng không đổi các gluon tách ra và tạo thành cái thường gọi là "biển quark".[81] Biển quark ít ổn định hơn các quark hóa trị, và chúng thường hủy lẫn nhau bên trong các hadron. Mặc dù vậy, biển quark có thể hadron hóa thành các hạt baryon hoặc meson trong những điều kiện xác định.[82]

Các pha khác của vật chất quark

Dưới những điều kiện cần thiết nhất định, các quark có thể thoát khỏi trạng thái bị giam hãm và tồn tại như là các hạt tự do. Theo nguyên lý tự do tiệm cận, tương tác mạnh trở nên yếu hơn tại những nhiệt độ cao hơn. Thậm chí, sự giam hãm màu có thể biến mất và dẫn đến sự hình thành một dạng plasma cực nóng của các hạt quark và gluon chuyển động tự do. Pha của vật chất này được gọi là plasma quark-gluon.[85] Những điều kiện chính xác cần thiết để làm xuất hiện trạng thái này chưa được biết tới và đã trở thành chủ đề của nhiều suy đoán và thực nghiệm. Những ước lượng gần đây đặt ra giới hạn nhiệt độ cần thiết là 1,90±0,02×10¹² (gần hai nghìn tỉ) kelvin.[86] Trong khi một trạng thái mà toàn bộ các quark và gluon tự do chưa từng được tạo ra (mặc dù rất nhiều cố gắng đã được thực hiện ở CERN trong các thập niên 1980 và 1990),[87] những thí nghiệm gần đây tại Máy Va chạm Ion Nặng Tương đối tính (RHIC) đã chỉ ra chứng cớ cho vật chất quark dạng lỏng biểu hiện chuyển động chảy "gần như lý tưởng".[88]

Plasma quark-gluon có thể được miêu tả bởi sự tăng số lượng lớn các cặp quark nặng hơn trong quan hệ với số các cặp quark lên u và quark xuống d. Người ta tin rằng trong giai đoạn 10−6 giây sau Vụ Nổ Lớn (kỉ nguyên quark), vũ trụ tràn ngập bởi plasma quark-gluon, do lúc này nhiệt độ quá cao để cho các hadron có thể ổn định được.[89]

Với mật độ baryon đủ cao và nhiệt độ tương đối thấp - phù hợp với các điều kiện được tìm thấy trong các sao neutron – vật chất quark được mong đợi là chúng sẽ suy biến thành dạng chất lỏng Fermi của tương tác yếu giữa các quark. Chất lỏng này có thể được miêu tả bởi một sự ngưng tụ của các cặp Cooper quark màu, theo đó là sự phá vỡ đối xứng cục bộ SU(3)c. Do các cặp Cooper quark mang màu tích, những pha của vật chất quark sẽ trở thành siêu dẫn màu; nghĩa là màu tích có thể vượt qua mà không bị cản trở.[90]