Die Teilchen, aus denen der Atomkern besteht, die Neutronen und Protonen, sind nicht elementar. Sie bestehen aus Teilchen, die man Quarks getauft hat. (Die Ähnlichkeit des Wortes mit dem deutschen Wort für ein Milchprodukt ist Zufall.) In Neutronen und Protonen befinden sich je zwei Arten von Quarks, die up-Quarks und die down-Quarks. Das Proton hat zwei up- und ein down-Quark, beim Neutron ist es genau umgekehrt.
Interessanterweise kann man die Quarks nicht als freie Teilchen beobachten. Die Energie, die man brauchte, um ein Proton in die drei Quarks zu zerlegen, reicht aus, um weitere Protonen oder andere aus Quarks aufgebaute Teilchen zu erzeugen. Und genau das macht die Natur. Die Quarks treten immer in Gruppen von dreien auf. Versucht man diese Gruppen auseinanderzureißen, so bilden sich neue Quark-Paare und es entstehen andere Teilchen. Das geht soweit, dass meine Kollegen von der Hochenergiephysik, wenn sie Protonen mit hoher Energie betrachten, nicht nur drei Quarks sehen, sondern einen ganzen Quark-See, der das Proton bildet.
Die Teilchen der Kernmaterie - Protonen und Neutronen - bestehen aus je drei Quarks. Teilchen, die aus drei Quarks aufgebaut sind, nennt man Baryonen. Es gibt aber auch die Möglichkeit, Teilchen zu produzieren, die aus je einem Quark und einem Antiquark aufgebaut sind. Diese Teilchen bezeichnet man als Mesonen. Alle aus Quarks aufgebauten Teilchen kann man auch als Hadronen zusammenfassen.
Im Jahr 2003 gab es experimentelle Hinweise auf ein Teilchen, dass nicht nur aus drei Quarks, sondern aus vier Quarks und einem Anti-Quark aufgebaut ist. Diese Klasse von Teilchen wurde Pentaquarks getauft und müsste sehr kurzlebig sein und schnell in Baryonen zerfallen. Die Existenz von Pentaquarks konnte aber nicht bestätigt werden, so dass es unwahrscheinlich ist, dass diese Teilchen wirklich existieren.
Quarks tragen auch eine elektrische Ladung. Die Ladung des up-Quark ist positiv und beträgt genau zwei Drittel der sogenannten Elementarladung. Das down-Quark hat dagegen ein Drittel negative Elementarladung. Dadurch, dass Quarks nur in den oben angegebenen Zusammensetzungen vorkommen, ist gewährleitet, dass tatsächlich nur vielfache einer ganzen Elementarladung vorkommen.
Wie auch bei den Leptonen gibt es bei den Quarks drei Gruppen. Diese unterscheiden sich in ihrer Masse. Je höher die Gruppe ist, desto größer ist auch die Masse der Quarks. Die erste Gruppe kennen wir bereits, sie wird von up- und down-Quarks gebildet. Die zweite Gruppe besteht aus s-Quark und c-Quark. Das "s" steht dabei für "strange" oder "seltsam", weil die Teilchen, die ein s-Quark enthalten seltsamer Weise deutlich länger existieren, als man das für Teilchen mit dieser Masse erwartet hat (siehe K-Mesonen). Das "c" steht für "charm", diese Teilchen hatten zur Zeit ihrer Entdeckung den Charm, das Gesamtbild zu einer Symmetrie aus je zwei Quarks unterschiedlicher Ladung abzurunden. Die dritte Gruppe besteht aus b-Quark und top-Quark, das "b" steht dabei meistens für "bottom" ("Grund") als Gegensatz von "top" ("Spitze"). Seltener nennt man das b-Quark auch "beauty" (Schönheit), das top-Quark wird manchmal auch "truth" (Wahrheit) genannt.
| Gruppe | Quarks | Antiquarks | ||
|---|---|---|---|---|
| Ladung | 1/3 negativ | 2/3 positiv | 1/3 positiv | 2/3 negativ |
| 1. Gruppe | Down | Up | Anti-Down | Anti-Up |
| 2. Gruppe | Strange | Charm | Anti-Strange | Anti-Charm |
| 3. Gruppe | Bottom | Top | Anti-Bottom | Anti-Top |
Auf der Seite Elementarteilchen.info habe ich einen Überblick über Elementarteilchen zusammengestellt. Zusammen mit den Leptonen gehören die Quarks zu den Fermionen.
Aus was für Quarks bestehen Elektronen?
Warum wiegen Protonen und Neutronen mehr als die Summe der enthaltenen Quarks?
©1999-2025 Joachim Schulz - Nur echt auf www.Quantenwelt.de
Letzte Änderung: 19.02.2008