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Quark (Physik)



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.

Der Name Quark entstammt dem (Nonsens-)Satz "three quarks for Muster Mark" in James Joyces "Finnegans Wake".

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

Name Symbol El. Ladung Masse (MeV/c²) Generation
Up u +2/3 1,5–4,5 1
Down d –1/3 5–8,5 1
Charm c +2/3 1.000–1.400 2
Strange s –1/3 80–155 2
Top t +2/3 174.300 +- 5.100 3
Bottom b –1/3 4.000–4.500 3

Zu allen Quarks existiert ein entsprechendes Antiteilchen, Antiquark genannt, mit entgegengesetzter elektrischer Ladung.

Nur die Quarks der ersten Generation bilden Nukleonen.

Die Elektrische Ladung der Quarks ist –1/3 oder +2/3 der Elementarladung. Die Regeln der Quantenchromodynamik (QCD) stellen sicher, dass Quarks nicht isoliert auftreten, sondern sich immer derart zu Mesonen (Quark und Antiquark) oder Baryonen (Kombination aus insgesamt drei Quarks und Antiquarks) vereinen, so dass nach außen nur ganzzahlige elektrische Ladungen sichtbar sind.

In jüngster Zeit (2003) sind auch Teilchen beobachtet worden, die einen gebundenen Zustand aus fünf Quarks darstellen (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.

Neben der elektrischen Ladung besitzen Quarks auch eine Farbladung, die mit 'rot', 'grün', 'blau', 'antirot', 'antigrün' und 'antiblau' bezeichnet wird. Es gibt einen Erhaltungssatz, der besagt, dass zusammengesetzte Teilchen immer "farblos" sein müssen.

Als Konsequenz dieses Erhaltungssatzes können Quarks nicht alleine beobachtet werden, sondern nur zusammen mit anderen Quarks bzw. Antiquarks. Die Bindung der Quarks wird von Gluonen, den Austauschteilchen (Bosonen) der starken Wechselwirkung, ausgemacht. (vgl. Confinement)

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

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, die einer Energie von 200 MeV entspricht und der ein- bis dreifachen Dichte von Atomkernen erwartet. Eine direkte Beobachtung des Quark-Gluon-Plasmas ist bisher nicht möglich; Experimente am CERN und BNL liefern jedoch Indizien für dessen Existenz.

Die Quarks unterliegt folgenden Grundkräften der Physik:




     
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