Hauptthemen
Quarks
(Abkürzung: q)
Quarks (gesprochen „Kworks“) sind häufig vorkommende fundamentale Teilchen.
Arten
(auch Flavour genannt)
1. Generation
2 verschiedene Arten von Quarks bilden die grundlegenden Bausteine der Materie (in Atomkernen):
| Abk. | Ladung | Masse | |
|---|---|---|---|
| u | +2/3 | 0,002 u |
| d | −1/3 | 0,005 u |
Merkregeln:
- Mit dem Up-
Quark geht die Ladung rauf, mit dem Down- Quark runter. - Das Up-
Quark hat die Ladung 2/3, weil „Up“ 2 Buchstaben hat.
Diese 2 Quark-
2. Generation
| Abk. | Ladung | Masse | Lebensdauer | |
|---|---|---|---|---|
| c | +2/3 | 1,4 u | 0,1 ps |
| s | −1/3 | 0,1 u | 0,1 ns |
Aufgrund der kurzen Lebensdauer spielen Quarks der 2. und 3. Generation keine Rolle beim Aufbau der Materie. Sie entstehen nur kurzzeitig bei Teilchenkollisionen, z. B. wenn kosmische Strahlung auf die Erdatmosphäre trifft oder in Teilchenbeschleunigern.
3. Generation
| Abk. | Ladung | Masse | Lebensdauer | |
|---|---|---|---|---|
| t | +2/3 | 185 u | 5·10−25 s |
| b | −1/3 | 4,5 u | 1,3 ps |
Die Existenz einer weiteren Generation mit Quarks noch größerer Massen gilt als unwahrscheinlich.
Oberbegriffe
für die Quark-|
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u, d, s
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c, t, b
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u, c, t
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d, s, b
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u, d, c, s, t, b
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Durchmesser
Experimentell: < 0,1 am (= 1/10 000 Protonendurchmesser)
Theoretisch: 0 (punktförmig)
Eigendrehimpuls
1/2 ℏ (wie beim Elektron)
Farbladung
Jedes Quark (egal welcher Art) hat genau eine Farbladung (rot, grün oder blau). Quarks mit unterschiedlicher Farbladung ziehen sich stark an (starke Kernkraft). Dadurch können sich Quarks miteinander verbinden.
Antiquarks haben eine Antifarbladung (antirot, antigrün oder antiblau).
Masse
Die oben angegebene Masse jeder Quark-
Warum die Massen der 6 Quark-
Lebensdauer
Die oben angegebene Lebensdauer entspricht der typischen Lebensdauer in einer Quarkverbindung (außer beim Top-
Zerfall/Umwandlung
Instabile Quarks zerfallen bevorzugt in das nächstleichtere Quark. Up- und Down-
- entstehen auch weitere Teilchen (z. B. Positron und Neutrino).
- entsteht (fast immer) ein Quark mit einer um ±1 anderen Ladung als das ursprüngliche, weil ein W-Teilchen von der schwachen Wechselwirkung, das den Zerfall bzw. die Umwandlung bewirkt, die Ladung ±1 hat. (In extrem seltenen Fällen können auch 2 W-
Teilchen gleichzeitig wirken.)
Mögliche Erklärung, warum es im Universum wenig Antimaterie gibt:
Für die schweren Charm-, Strange- und Beauty-
Quarks und ihre Antimaterie- Gegenparts haben Physiker signifikante Asymmetrien beim Zerfall nachgewiesen.
Bezeichnung
| Name | Ursprung | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Quarks |
aus dem Roman Finnegans Wake von James Joyce, in dem es heißt: „Three quarks for Muster Mark!“ (Gelesen vom Physiker Murray Gell- Manche behaupten, der Romanautor Joyce hätte das Wort „Quark“ auf einem Markt in Deutschland gehört; andere halten das für eine Legende. Das Wort „quark“ ist ein altes englisches Wort für krächzen. | ||||||||||||
Up-| weil diese Quarks ähnliche Ausprägungen zeigen wie ein Teilchen mit Eigendrehimpuls (Spin), der 2 Werte annehmen kann (up und down, Isospin).
| Down- | Charm- | hatte zur Zeit seiner Entdeckung den Charme, das Gesamtbild zu einer Symmetrie aus je 2 Quarks unterschiedlicher Ladung abzurunden und „ein Dilemma der Physiker auf elegante Weise zu lösen“.
| Strange- | weil sie in Teilchen enthalten sind, die (aus damaliger Sicht: seltsamerweise) ungewöhnlich lange existieren.
| Top- | Analogie zu Up- bzw. Down- | Bottom- | Truth- | Hoffnung, nun „die Wahrheit“ (= truth) gefunden zu haben
| Beauty- | Schön, dass es nun wie beim Elektron und Neutrino auch bei den Quarks 3 Generationen gibt.
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Kritik
Der Name „Quark“ ist verquer und hässlich, meint Buchautor Isaac Asimov.[1]
Richard Feynman war für „Partonen“, wurde bei der Namensgebung von Quarks aber überstimmt.
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Quellen
| [1] | Isaac Asimov: Wenn die Wissenschaft irrt... Tatsachen und Spekulationen zu kosmischen Phänomenen. Bergisch Gladbach: Bastei Lübbe, 1990 (Engl. Original 1988), S. 272 |