ratzenbuch

Quarks

Unsere materielle Welt besteht aus Atome. Atome bestehen aus positiv geladenen Protonen und nicht geladenen Neutronen, der Atomkern, sowie negativ geladenen Elektronen die um die Atomkerne kreisen wie die Planeten um ihre Sonnen.

Die Masseteilchen bestehen aus Quarks. Es wurden sechs verschiedene Quarks, die man Flavours nennt, entdeckt. Diese heißen up, down, strange, charm, bottom und top. Ein Proton besteht aus zweimal up und einmal down. Ein Neutron besteht aus einmal up und zweimal down. Es sind weitere Teilchen aus anderen Flavours möglich, aber diese zerfallen durch ihre große Masse in Protonen und Neutronen.

Teilchen besitzen einen sogenannten Spin, der das Aussehen eines Teilchen bestimmt. Ein Teilchen mit dem Spin 0 sieht von allen Seiten gleich aus. Teilchen mit dem Spin 1 muß man vollständig umkreisen (360°) bis es wieder gleich aussieht. Ein Teilchen mit dem Spin 2 sieht von vorn und hinten gleich aus (180°). Teilchen mit einem größeren Spin als 2 sehen bei weniger als 180° gleich aus. Es gibt aber auch den Spin ½ bei dem man mehr als einmal um das Teilchen muß damit es gleich aussieht.

Alle bekannten Teilchen im Universum lassen sich in zwei Gruppen einteilen: Teilchen mit einem Spin. 1/2, aus denen die Materie im Universum besteht, und Teilchen mit dem Spin 0, 1 und 2, die, wie wir sehen werden, für die Kräfte zwischen den Materieteilchen verantwortlich sind.

Man stellt sich vor, daß die elektromagnetische Anzie­hungs­kraft durch den Aus­tausch einer großen Zahl von virtuellen, masselosen Teil­chen mit dem Spin 1, Photonen ge­nannt, verursacht wird. Wie gesagt, die ausgetauschten Photonen sind virtuelle Teil­chen. Doch wenn ein Elektron von einer erlaubten Bahn auf eine andere, dem Kern näher gelegene überwechselt, wird Energie freigesetzt und ein wirkliches Photon emittiert - das als sichtbares Licht vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann, wenn es die richtige Wellenlänge hat, oder von einem Photonendetektor wie etwa einem fotografischen Film.

Die schwache Kernkraft ist für die Radioaktivität verantwortlich und wirkt auf alle Materieteilchen mit dem Spin 1/2 ein, nicht aber auf Teilchen mit dem Spin 0, 1 oder 2, wie zum Beispiel Photonen und Gravitonen. Eine klare Vorstellung von der schwachen Kernkraft können wir uns erst seit 1967 machen, als Abdus Salam vom Londoner Imperial College und Steven Weinberg aus Harvard unabhängig voneinander Theorien vorstellten, die diese Wechselwirkung mit der elektromagnetischen Kraft vereinigten, so wie Maxwell hundert Jahre zuvor Elektrizität und Magnetismus vereinigt hatte.

Die starke Kernkraft hält die Quarks im Proton und Neutron sowie die Protonen und Neutronen im Atomkern zusammen. Man nimmt an, daß auch diese Kraft von einem Teilchen mit dem Spin 1 getragen wird, dem Gluon, das nur mit sich selbst und den Quarks in Wechselwirkung steht. Die starke Kernkraft hat eine merkwürdige Eigenschaft namens „Confinement“ (Beschränkung): Immer bindet sie Teilchen in Kombinationen zusammen, die keine „Farbe“ haben. Es kann kein freies einzelnes Quark geben, weil es eine Farbe hätte (rot, grün oder blau). Ein rotes Quark muß deshalb mit einem grünen und einem blauen Quark durch einen „String“, ein „Band“ von Gluonen verbunden werden (rot plus grün plus blau ist gleich weiß). Solch ein Triplett bildet ein Proton oder Neutron.