Quarks

Gestern waren wir im Supermarkt einkaufen. Die Simone wollte einen Quark kaufen. Vielleicht sogar mehrere - und das sind dann Quarks. Wir wußten nicht genau, ob das der Plural ist, aber der Duden meint dies. Quarks können aber so einiges:

Quarks sind die elementaren Bestandteile (Elementarteilchen), aus denen Hadronen aufgebaut sind.

Zusammen mit den Leptonen gelten sie heute als die fundamentalen Bausteine, aus denen alle Materie aufgebaut ist.

1964 postulierte der Caltech-Physiker Murray Gell-Mann zusammen mit seinem Kollegen Georg Zweig die Existenz der Quarks, deren Bezeichnung er auch prägte. Den Namen Quark entnahm er dem (Nonsens-)Satz "three quarks for Muster Mark" in James Joyces "Finnegans Wake" (Joyce wiederum scheint den "Quark" aus Goethes Faust zu haben: "In jeden Quark begräbt er seine Nase"). Gell-Manns Kollege Richard Feynman wollte die Teilchen partons (Partonen) - wie in Dolly Parton - nennen, wurde jedoch überstimmt. Gell-Mann erhielt 1969 den Nobelpreis für Physik.

Quarks tragen einen Spin von 1/2 und sind damit Fermionen.

Quark Flavors

Die folgenden sechs verschiedenen Quark-Arten bezeichnet man auch als Quark-Flavors (Geschmacksrichtung, engl. flavor).

Name	Symbol	Generation	El. Ladung	Masse (MeV/c²)
Up	u	1	+2/3	1,5–4,0
Down	d	1	–1/3	4–8
Strange	s	2	–1/3	80–130
Charm	c	2	+2/3	1150–1350
Bottom (Beauty)	b	3	–1/3	4100–4400
Top (Truth)	t	3	+2/3	174300 ± 5100

Die Zuordnung der Massen ist nicht eindeutig. Man unterscheidet in diesem Zusammenhang Konstituentenquarks und Stromquarks. Die hier angegebenen Massen sind die der Stromquarks.

Anmerkung: in der Teilchenphysik wird oft in natürlichen Einheiten gerechnet, wobei Massen in der Einheit der Energie eV angegeben werden.

Eigenschaften

Zu allen Quarks existiert ein entsprechendes Antiteilchen, Antiquark genannt, mit entgegengesetzter elektrischer Ladung. Nur die Quarks der ersten Generation bilden Nukleonen und somit die "normale" Materie.

Analogie der Farbenlehre zur Farbladung: Rot, Blau und Grün mischen sich zu weiß ("farblos")

Die Elektrische Ladung der Quarks ist –1/3 oder +2/3 der Elementarladung. Die Theorie der Quantenchromodynamik (QCD) postuliert, dass Quarks nicht isoliert auftreten können, sondern sich immer derart vereinen, dass nach aussen nur ganzzahlige elektrische Ladungen sichtbar sind. Der Grund hierfür ist laut QCD die nur bei den Quarks (bzw. Antiquarks und Gluonen) zusätzlich wirkende Farbladung, die mit 'rot', 'grün', 'blau', (bzw. 'antirot', 'antigrün' und 'antiblau' für Antiquarks) bezeichnet wird. Diese hat aber mit den normalen Farben nichts zu tun. Die Farbladung bewirkt, dass einzelne "farbige" Quarks niemals auftreten können. Stattdessen müssen sie sich zu zusammengesetzten "farblosen" Teilchen gruppieren, entweder zu drei Quarks (Baryonen), drei Antiquarks (Antibaryonen) oder Quark-Antiquark Paare (Mesonen). Als Ursache der Farbladung gelten die Gluonen, die Austauschteilchen (Bosonen) der starken Wechselwirkung (vgl. auch Confinement).

Obwohl anhand von Streuexperimenten eine drittelzahlige Ladungsverteilung in Nukleonen indirekt gemessen wurde, konnte man trotz intensiver Suche bis heute noch nie drittelzahlige Elementarladungen direkt beobachten (zur Bestimmung der Elementarladung siehe auch Millikan-Versuch).

In jüngerer Zeit (2003) haben sich experimentelle Hinweise für ein Teilchen verdichtet, welches einen gebundenen Zustand aus fünf Quarks darstellen könnte (vier Quarks und ein Anti-Quark, Pentaquark). Auch solche Teilchen haben ganzzahlige Ladungen, sie können (nach ihrer so genannten Baryonenzahl) als Baryonen aufgefasst werden, oder als Verbindung von einem Baryon mit einem Meson.

Im Rahmen einer "Thermodynamik der QCD" wird für Quarks ein Zustand vorausgesagt, in welchen sich die Quarks wie quasi-freie Teilchen verhalten, das Quark-Gluon-Plasma. Der zugehörige Phasenübergang wird bei einer Temperatur erwartet, die einer Energie von 200 MeV und der ein- bis dreifachen Dichte von Atomkernen entspricht. Eine direkte Beobachtung des Quark-Gluon-Plasmas ist bisher nicht möglich; Experimente am CERN und BNL liefern jedoch Indizien für dessen Existenz.

Quarks unterliegen, im Unterschied zu den Leptonen, allen Grundkräften der Physik:

• Starke Wechselwirkung
• Schwache Wechselwirkung
• Elektromagnetische Wechselwirkung
• Gravitation

Nachdem sich die Simone das jetzt alles durchlesen mußte hier ein Film dazu:

Beschreibung von Quarks