Was ist ein Quark?
Ein Quark ist ein winziges theoretisches Teilchen, das im Atomkern Protonen und Neutronen bildet. Quarks bilden neben Gluonen auch exotischere Hadronen wie Mesonen, die nicht stabil sind. Es wird theoretisch genannt, weil es, obwohl angenommen wird, dass es eine bessere Physiktheorie darstellt, niemals direkt beobachtet wurde.
Zusammen mit Leptonen - Elektronen, Myonen, dem Tau und den damit verbundenen Neutrinos und Antiteilchen - bilden Quarks die gesamte sichtbare Materie im Universum. Sie sind die einzigen fundamentalen Teilchen, die über alle vier fundamentalen Kräfte miteinander interagieren: starke Kernkraft, schwache Kernkraft, elektromagnetische Kraft und Schwerkraft. Eine grundlegende Eigenschaft dieser Teilchen ist der Einschluss - alle Quarks bilden Hadronen und sind notwendigerweise niemals unabhängig. Beschreibungen ihrer physikalischen Eigenschaften ergaben sich aus der Quantenchromodynamik (QCD), der Theorie der starken Kernkraft, die den Atomkern zusammenhält.
Wie alle anderen subatomaren Teilchen können Quarks erschöpfend durch drei Quantenzahlen beschrieben werden: Spin J, Parität P und Masse m. Da sie niemals isoliert werden, müssen diese Eigenschaften durch Beobachtung der größeren Partikel, aus denen sie bestehen, abgeleitet werden. Es gibt sechs bekannte Typen: hoch, runter, charmant, seltsam, oben und unten. Diese Namen sind rein willkürlich und lassen keine Rückschlüsse auf die Eigenschaften der einzelnen Quarks zu.
Die normale Materie, die den größten Teil des Universums ausmacht, besteht aus Auf- und Ab-Quarks, den leichtesten Teilchen. Ein Proton besteht aus zwei Up- und einem Down-Quark, während ein Neutron aus zwei Down- und einem Up-Quark besteht.
Quarks haben unterschiedliche Massen, die in GeV (Giga-Elektronenvolt) über der Lichtgeschwindigkeit im Quadrat gemessen werden. Subatomare Partikel werden anhand der Energie gemessen, die sie produzieren, und nicht anhand der Masse in Gramm. Der Down-Quark ist etwa doppelt so massiv wie der Up-Quark. Das Merkwürdige ist ungefähr 20-mal so schwer wie der Daunenquark. Der Charm-Quark ist ungefähr zehnmal so massiv, gefolgt vom unteren, der ungefähr dreimal so massiv ist wie der letzte, und dem oberen Quark, der am massivsten ist. Eine zunehmende Masse entspricht in der Regel der Knappheit des Teilchens und erfordert exotischere physikalische Bedingungen für seine Manifestation.
Physiker halten Ausschau nach der theoretisierten Quarkmaterie, einem hypothetischen Gitter aus kontinuierlichen Quarks, die durch Gluonen verbunden sind. Es ist noch nicht bekannt, ob diese Art von Materie physikalisch möglich ist. Wenn ja, wäre es wahrscheinlich im Kern extrem kompakter Sterne zu finden, die noch nicht zu einem Schwarzen Loch zusammengebrochen sind.