Quark (Physik)

Ein Quark ([ kwɔrks], [ kwɑːks] oder [ kwɑrks]) ist eine Art von Elementarteilchen und ein fundamentaler Bestandteil der Materie. Quarks verbinden sich zu zusammengesetzten Teilchen, die Hadronen genannt werden. Die stabilsten von ihnen sind Protonen und Neutronen, die Bestandteile der Atomkerne. Alle allgemein beobachtbare Materie setzt sich aus Up-Quarks, Down-Quarks und Elektronen zusammen. Aufgrund eines Phänomens, das als Confinement bekannt ist, werden Quarks nie isoliert gefunden; sie können nur innerhalb von Hadronen, die Baryonen (wie Protonen und Neutronen) und Mesonen enthalten, oder in Quark-Gluon-Plasmen gefunden werden. Aus diesem Grund wurde viel von dem, was über Quarks bekannt ist, aus Beobachtungen von Hadronen gezogen.

Quarks innerhalb eines Protons Ein Proton besteht aus zwei Up-Quarks, einem Down-Quark und den Gluonen, die die Kräfte vermitteln, die sie miteinander "verbinden". Die Farbzuordnung der einzelnen Quarks ist willkürlich, aber alle drei Farben müssen vorhanden sein; Rot, Blau und Grün werden als Analogie zu den Grundfarben verwendet, die zusammen eine weiße Farbe ergeben.

Klassifikation	Elementarteilchen
Statistik	Fermionisch
Generation	1., 2., 3.
Wechselwirkungen	Elektromagnetismus, Gravitation, stark, schwach
Symbol	$q$
Antiteilchen	Antiquark (${\bar {q}}$)
Theoretisiert	Murray Gell-Mann (1964)George Zweig (1964)
Entdeckt	SLAC (c. 1986)
Arten	6 (up, down, strange, charm, bottom, und top)
Elektrische Ladung	$+{\tfrac {2}{3}}e$, $-{\tfrac {1}{3}}e$
Farbladung	Ja
Spin	${\tfrac {1}{2}}$
Baryonenzahl	${\tfrac {1}{3}}$

Quarks haben verschiedene intrinsische Eigenschaften, darunter elektrische Ladung, Masse, Farbladung und Spin. Sie sind die einzigen Elementarteilchen im Standardmodell der Teilchenphysik, die alle vier fundamentalen Wechselwirkungen, auch bekannt als fundamentale Kräfte (Elektromagnetismus, Gravitation, starke Wechselwirkung und schwache Wechselwirkung), erfahren, sowie die einzigen bekannten Teilchen, deren elektrische Ladungen keine ganzzahligen Vielfachen der Elementarladung sind.

Es gibt sechs Arten von Quarks, die als Flavors bezeichnet werden: up, down, charm, strange, top und bottom. Up- und down-Quarks haben die geringste Masse aller Quarks. Die schwereren Quarks verwandeln sich durch einen Prozess des Teilchenzerfalls schnell in up- und down-Quarks: die Umwandlung von einem Zustand höherer Masse in einen Zustand niedrigerer Masse. Aus diesem Grund sind up- und down-Quarks im Allgemeinen stabil und die häufigsten im Universum, während strange-, charm-, bottom- und top-Quarks nur in hochenergetischen Kollisionen (z. B. mit kosmischer Strahlung und in Teilchenbeschleunigern) erzeugt werden können. Für jeden Quark-Flavor gibt es eine entsprechende Art von Antiteilchen, ein sogenanntes Antiquark, das sich vom Quark nur dadurch unterscheidet, dass einige seiner Eigenschaften (z. B. die elektrische Ladung) die gleiche Größe, aber das entgegengesetzte Vorzeichen haben.

Das Quark-Modell wurde 1964 unabhängig voneinander von den Physikern Murray Gell-Mann und George Zweig vorgeschlagen. Quarks wurden als Teil eines Ordnungsschemas für Hadronen eingeführt, und es gab wenig Beweise für ihre physikalische Existenz bis zu Experimenten mit tiefer inelastischer Streuung am Stanford Linear Accelerator Center im Jahr 1968. Beschleunigerexperimente haben Beweise für alle sechs Flavors geliefert. Das Top-Quark, das erstmals 1995 am Fermilab beobachtet wurde, war das letzte, das entdeckt wurde.

Elementarteilchen des Standardmodells Sechs der Teilchen im Standardmodell sind Quarks (in lila dargestellt). Jede der ersten drei Säulen bildet eine Generation von Materie.

! Quarks	! Austauschteilchen
! Leptonen	! Higgs-Boson

Klassifikation

Siehe auch: Standardmodell

Das Standardmodell ist der theoretische Rahmen, der alle bekannten Elementarteilchen beschreibt. Dieses Modell enthält sechs Flavors von Quarks (q), genannt up (u), down (d), strange (s), charm (c), bottom (b), und top (t). Antiteilchen von Quarks werden Antiquarks genannt und durch einen Balken über dem Symbol für das entsprechende Quark bezeichnet, z. B. ${\bar {u}}$ für ein up-Antiquark. Wie bei der Antimaterie im Allgemeinen haben Antiquarks die gleiche Masse, mittlere Lebensdauer und Spin wie ihre jeweiligen Quarks, aber die elektrische Ladung und andere Ladungen haben das entgegengesetzte Vorzeichen.

Quarks sind Spin-½-Teilchen, was bedeutet, dass sie nach dem Spin-Statistik-Theorem Fermionen sind. Sie unterliegen dem Pauli-Ausschlussprinzip, das besagt, dass keine zwei identischen Fermionen gleichzeitig den gleichen Quantenzustand einnehmen können. Dies steht im Gegensatz zu Bosonen (Teilchen mit ganzzahligem Spin), von denen sich beliebig viele im selben Zustand befinden können. Im Gegensatz zu Leptonen besitzen Quarks eine Farbladung, wodurch sie an der starken Wechselwirkung teilnehmen. Die daraus resultierende Anziehung zwischen verschiedenen Quarks verursacht die Bildung von zusammengesetzten Teilchen, die als Hadronen bekannt sind (siehe "Starke Wechselwirkung und Farbladung" unten).

Die Quarks, die die Quantenzahlen der Hadronen bestimmen, werden Valenzquarks genannt; abgesehen von diesen kann jedes Hadron eine unbestimmte Anzahl von virtuellen "See"-Quarks, Antiquarks und Gluonen enthalten, die seine Quantenzahlen nicht beeinflussen. Es gibt zwei Familien von Hadronen: Baryonen, mit drei Valenzquarks, und Mesonen, mit einem Valenzquark und einem Antiquark. Die häufigsten Baryonen sind das Proton und das Neutron, die Bausteine des Atomkerns. Es ist eine große Anzahl von Hadronen bekannt (siehe Liste der Baryonen und Liste der Mesonen), von denen sich die meisten durch ihren Quarkgehalt und die Eigenschaften, die diese konstituierenden Quarks verleihen, unterscheiden. Die Existenz "exotischer" Hadronen mit mehr Valenzquarks, wie Tetraquarks ($qq{\bar {q}}{\bar {q}}$) und Pentaquarks ($qqqq{\bar {q}}$), wurde seit den Anfängen des Quarkmodells vermutet, aber erst im frühen 21. Jahrhundert entdeckt.

Feynman-Diagramm einer tief-inelastischen Streuung eines Leptons (l) an einem Hadron (h)'Das virtuelle Photon (γ^*) schlägt aus dem Hadron ein Quark (q) heraus. Der experimentelle Nachweis solcher Streu-Ereignisse zeigt, dass Protonen aus anderen Teilchen zusammengesetzt sind.

Elementare Fermionen werden in drei Generationen eingeteilt, die jeweils aus zwei Leptonen und zwei Quarks bestehen. Die erste Generation umfasst up- und down-Quarks, die zweite strange- und charm-Quarks, und die dritte bottom- und top-Quarks. Alle Suchen nach einer vierten Generation von Quarks und anderen elementaren Fermionen sind gescheitert, und es gibt starke indirekte Hinweise darauf, dass nicht mehr als drei Generationen existieren. Teilchen höherer Generationen haben im Allgemeinen eine größere Masse und weniger Stabilität, was dazu führt, dass sie durch schwache Wechselwirkungen in Teilchen niedrigerer Generationen zerfallen. Nur Quarks der ersten Generation (up und down) kommen in der Natur häufig vor. Schwerere Quarks können nur in hochenergetischen Kollisionen (z. B. mit kosmischer Strahlung) entstehen und zerfallen schnell; man nimmt jedoch an, dass sie in den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall vorhanden waren, als sich das Universum in einer extrem heißen und dichten Phase befand (die Quark-Epoche). Untersuchungen von schwereren Quarks werden unter künstlich geschaffenen Bedingungen, z. B. in Teilchenbeschleunigern, durchgeführt.

Mit elektrischer Ladung, Masse, Farbladung und Flavor sind Quarks die einzigen bekannten Elementarteilchen, die an allen vier fundamentalen Wechselwirkungen der heutigen Physik beteiligt sind: Elektromagnetismus, Gravitation, starke Wechselwirkung und schwache Wechselwirkung. Die Gravitation ist zu schwach, um für die Wechselwirkung einzelner Teilchen relevant zu sein, außer bei extremen Energie- (Planck-Energie) und Entfernungsskalen (Planck-Entfernung). Da jedoch keine erfolgreiche Quantentheorie der Gravitation existiert, wird die Gravitation nicht durch das Standardmodell beschrieben.

Quark-Flavours

Im Standardmodell der Elementarteilchenphysik gehören das Down-Quark, das Up-Quark, das Elektron und das Elektron-Neutrino zur ersten Generation von Teilchen. Die sechs Quarks sind zusammen mit den Leptonen und den Eichbosonen die Grundbausteine der Materie. Die folgenden sechs verschiedenen Quark-Arten bezeichnet man auch als Quark-Flavours (Geschmacksrichtung, amerik. Englisch flavor).

Gene- ration	Name	Sym- bol	Ladung(e)	Flavour- Quanten- zahlen	Hyper-ladung	Masse(MeV)
1	Up	u	+2⁄3	Iz = +1⁄2	+1⁄3	000002,16$_{-0,26}^{+0,49}$
	Down	d	−1⁄3	Iz = −1⁄2	+1⁄3	000004,67$_{-0,17}^{+0,48}$
2	Charm	c	+2⁄3	C = +1	+4⁄3	001270 ± 20
	Strange	s	−1⁄3	S = −1	−2⁄3	000093$_{-5}^{+11}$
3	Top	t	+2⁄3	T = +1	+4⁄3	172900 ± 400
	Bottom	b	−1⁄3	B' = −1	−2⁄3	004180$_{-20}^{+30}$

Die Quantenzahlen von Top- und Bottom-Quark sind auch als Truth bzw. Beauty bekannt.

Up-Typ

Up-, Charm- und Top-Quark (dunkle Felder) und ihre Antiteilchen, Ladungszahl +2⁄3, bei den Antiteilchen umgekehrtes Vorzeichen

Down-Typ

Down-, Strange- und Bottom-Quark (helle Felder) und ihre Antiteilchen, Ladungszahl −1⁄3, bei den Antiteilchen umgekehrtes Vorzeichen

leichte Quarks

Up-, Down- und Strange-Quark werden zusammenfassend so bezeichnet.

Die Zuordnung der Massen ist nicht eindeutig. Man unterscheidet in diesem Zusammenhang Konstituentenquarks („effektive“ Quarks in Hadronen) und Stromquarks („nackte“ Quarks). Die hier angegebenen Massen sind die der Stromquarks. Da Quarks nie allein, sondern immer in Gruppen auftreten, lässt sich nur aus der Masse der Gruppe auf die der einzelnen Bestandteile schließen.

Die in der Natur auftretenden Massen-Eigenzustände der Quarks q sind nicht identisch mit den Eigenzuständen der schwachen Wechselwirkung q’. Nicola Cabibbo zeigte, wie das physikalische Down-Quark d als Mischung aus dem schwachen Down-Quark d’ und dem schwachen Strange-Quark s’ beschrieben werden kann. Die Mischung wird dabei über den sogenannten Cabibbo-Winkel parametrisiert. Diesen Formalismus erweiterte man zu einer Mischung der schwachen Eigenzustände von Down-, Strange- und Bottom-Quark zu den physikalischen Eigenzuständen. Dies erfordert statt eines einzelnen nun vier Parameter, die eine 3 × 3-Matrix, die sogenannte Cabibbo-Kobayashi-Maskawa-Matrix, beschreiben.

Materie- teilchen                   Austausch- teilchen       Higgs-Boson                                                                                                               Quarks   Leptonen   Gluonen   W-Bosonen, Z-Boson   Photon   Graviton (?)                                                                   Hadronen             Starke Wechsel- wirkung   Schwache Wechsel- wirkung   Elektro- magnetische W’wirkung   Gravitation                                                                               Mesonen   Baryonen         Quanten- chromo- dynamik             Quanten- elektro- dynamik   Quanten- gravitation (?)                                                                                   Atomkerne                       Elektro- schwache W’wirkung                                                                                                             Atome           Große vereinheitlichte Theorie (?)                                                                                                             Moleküle                 Weltformel (?)

Ein Überblick über die verschiedenen Familien von Elementar­teilchen und zusammen­gesetzten Teilchen und die Theorien, welche ihre Wechsel­wirkungen beschreiben.

Elementarteilchen zusammengesetzte Teilchen Wechselwirkung theoretische Beschreibung

Up-Quark

Up ist Englisch für (nach) oben. Dieser Name verweist auf eine der physikalischen Größen, die den Quarks zugesprochen werden: den Isospin. Der Isospin entspricht in seiner mathematischen Beschreibung einem Drehimpuls (Spin) mit der Quantenzahl 1⁄2 und kann wie dieser in zwei „Richtungen“ orientiert sein, up oder down (diese Richtungen haben nichts mit Raumrichtungen zu tun). Er wurde von Heisenberg vorgeschlagen, um die beiden Kernbestandteile Proton und Neutron als unterschiedliche Zustände ein und desselben Teilchens, des Nukleons, darzustellen. Dies war dadurch motiviert, dass sich Protonen und Neutronen aus Sicht der Kernkräfte völlig gleich verhalten. Im Konstituentenquark-Bild ist der Isospin der Nukleonen eine direkte Folge des Isospins der beteiligten Up- und Down-Quarks.

Das Up-Quark hat eine elektrische Ladung von +2⁄3 e.

Down-Quark

Down ist englisch für nach unten. Das Down-Quark entspricht der anderen Einstellung des Isospins: down. Es hat eine elektrische Ladung von −1⁄3 e, einen Isospin von −1⁄2 und eine Masse von 5 MeV.

Charm-Quark

Das Charm-Quark gehört zur zweiten Familie der Quarks und ist damit Gegenstück des Strange-Quarks. Dem Charm-Quark entspricht die Charm-Quantenzahl C, die für das Charm-Quark den Wert +1 annimmt. Das Charm-Quark wurde 1970 vorhergesagt, 1974 wurde es das erste Mal in einem Experiment künstlich erzeugt. Die Masse ist deutlich größer als die der drei leichten Quarks.

In Teilchendetektoren erkennt man Hadronen mit Charm-Quarks an ihrer relativ langen Lebensdauer von ungefähr 10⁻¹² Sekunden. Diese liegt darin begründet, dass die Charm-Quarks nur über die schwache Wechselwirkung in Strange-Quarks oder Down-Quarks zerfallen können.

Das Charm-Quark ist beispielsweise Bestandteil der D-Mesonen und des J/ψ-Mesons.

Strange-Quark

Nachdem man mit dem auf Up- und Down-Quark basierenden Quark-Modell den Aufbau einiger Baryonen wie z. B. des , des  und des  nicht erklären konnte, führte Gell-Mann ein neues Quark ein, um diese Teilchen mit Hilfe des Quark-Modells erklären zu können. Dieses „seltsame“ Quark nannte er Strange-Quark.

Die Seltsamkeit (engl.: Strangeness) seines Teilchens ist entgegengesetzt gleich der Anzahl der enthaltenen Strange-Quarks. Ein einzelnes Strange-Quark hat demnach die Seltsamkeit −1.

Teilchen, die das Strange-Quark enthalten, heißen auch Seltsame Teilchen (engl. Strangelet bzw. strange matter). Dazu gehören unter den Mesonen z. B. die Kaonen und die Phi-Resonanz sowie unter den Baryonen die Hyperonen.

Top-Quark

Das Top-Quark (auch Truth-Quark genannt) ist das schwerste Quark und der Partner des Bottom-Quarks. Da seine Lebensdauer nur 4,2 · 10⁻²⁵ Sekunden beträgt, kann es in der Natur keine hadronischen Bindungszustände bilden (Hadronisierung erfolgt erst nach ca. 10⁻²³ s). Das Top-Quark zerfällt demnach im Gegensatz zu allen anderen Quarks weit vor der Zeit, die benötigt wird, um Hadronen zu bilden. Es existieren somit weder Mesonen noch Baryonen, welche ein Top-Quark enthalten.

Eine weitere Besonderheit ist seine große Masse, die in der Größenordnung eines Goldatoms liegt. Es konnte aufgrund der immensen zur Erzeugung benötigten Energie erst 18 Jahre nach seinem Partner im Jahr 1995 experimentell belegt werden (von CDF am Fermi National Accelerator Laboratory), obwohl es schon im Jahr 1977 mit der Entdeckung des Bottom-Quarks theoretisch postuliert wurde.

Die dem Top-Quark zugeordnete Flavour-Quantenzahl ist die Topness T (auch Truth), das Top-Quark hat T = +1.

Bottom-Quark

Das Bottom-Quark (auch Beauty-Quark genannt) bildet mit dem Top-Quark, dem Tauon und dem Tauon-Neutrino die dritte Teilchengeneration des Standardmodells. Das erste Teilchen, das ein Bottom-Quark enthielt, wurde im Jahr 1977 am Fermi National Accelerator Laboratory entdeckt.

Das Bottom-Quark ist Bestandteil der sogenannten B-Mesonen und des Υ-Mesons.

Die ihm zugeordnete Flavour-Quantenzahl ist die Bottomness B' (auch Beauty), das Bottom-Quark hat B' = −1.

Geschichte

Murray Gell-Mann (2007)

George Zweig (2015)

Das Quark-Modell wurde 1964 unabhängig voneinander von den Physikern Murray Gell-Mann und George Zweig vorgeschlagen. Der Vorschlag kam kurz nach Gell-Manns Formulierung eines Teilchen-Klassifizierungssystems aus dem Jahr 1961, das als Achtfacher Weg bekannt ist – oder, technisch ausgedrückt, als SU(3)-Flavor-Symmetrie, die die Struktur rationalisiert. Der Physiker Yuval Ne'eman hatte im selben Jahr unabhängig ein dem Achtfachen Weg ähnliches Schema entwickelt. Ein früher Versuch der Teilchenorganisation war im Sakata-Modell vorhanden.

Zur Zeit der Entstehung der Quarktheorie gab es im "Teilchenzoo" neben anderen Teilchen eine Vielzahl von Hadronen. Gell-Mann und Zweig postulierten, dass sie keine Elementarteilchen sind, sondern aus Kombinationen von Quarks und Antiquarks bestehen. Ihr Modell sah drei Flavors von Quarks vor, up, down und strange, denen sie Eigenschaften wie Spin und elektrische Ladung zuschrieben. Die anfängliche Reaktion der Physikgemeinde auf diesen Vorschlag war gemischt. Es gab insbesondere Streit darüber, ob das Quark eine physikalische Entität oder eine bloße Abstraktion war, die verwendet wurde, um Konzepte zu erklären, die zu der Zeit nicht vollständig verstanden wurden.

In weniger als einem Jahr wurden Erweiterungen des Gell-Mann-Zweig-Modells vorgeschlagen. Sheldon Lee Glashow und James Bjorken sagten die Existenz eines vierten Flavor des Quarks voraus, den sie Charm nannten. Der Zusatz wurde vorgeschlagen, weil er eine bessere Beschreibung der schwachen Wechselwirkung (der Mechanismus, der den Zerfall von Quarks ermöglicht) erlaubte, die Anzahl der bekannten Quarks mit der Anzahl der bekannten Leptonen ausglich und eine Massenformel implizierte, die die Massen der bekannten Mesonen korrekt reproduzierte.

1968 zeigten Experimente mit tiefer inelastischer Streuung am Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), dass das Proton viel kleinere, punktförmige Objekte enthielt und daher kein Elementarteilchen war. Die Physiker zögerten damals, diese Objekte eindeutig mit Quarks zu identifizieren und nannten sie stattdessen "Partonen" – ein Begriff, der von Richard Feynman geprägt wurde. Der Begriff "Parton" wurde von Richard Feynman geprägt. Die am SLAC beobachteten Objekte wurden später als Up- und Down-Quarks identifiziert, als die anderen Flavors entdeckt wurden. Dennoch bleibt "Parton" als Sammelbegriff für die Bestandteile der Hadronen (Quarks, Antiquarks und Gluonen) in Gebrauch.

Die Existenz des strange quarks wurde indirekt durch die Streuexperimente am SLAC bestätigt: Es war nicht nur ein notwendiger Bestandteil des Drei-Quark-Modells von Gell-Mann und Zweig, sondern lieferte auch eine Erklärung für das Kaon (K) und das Pion (π) Hadronen, die 1947 in der kosmischen Strahlung entdeckt wurden.

In einer Arbeit aus dem Jahr 1970 präsentierten Glashow, John Iliopoulos und Luciano Maiani den sogenannten GIM-Mechanismus, um die experimentelle Nichtbeobachtung von flavor-ändernden Neutralströmen zu erklären. Dieses theoretische Modell setzte die Existenz des noch unentdeckten Charm-Quarks voraus. Die Anzahl der vermuteten Quark-Flavors wuchs 1973 auf die heutigen sechs an, als Makoto Kobayashi und Toshihide Maskawa feststellten, dass die experimentelle Beobachtung der CP-Verletzung erklärt werden könnte, wenn es ein weiteres Quarkpaar gäbe.

Charm-Quarks wurden im November 1974 (siehe November-Revolution) fast gleichzeitig von zwei Teams erzeugt – eines am SLAC unter Burton Richter und eines am Brookhaven National Laboratory unter Samuel Ting. Die Charm-Quarks wurden mit Charm-Antiquarks in Mesonen gebunden beobachtet. Die beiden Parteien hatten dem entdeckten Meson zwei verschiedene Symbole zugewiesen, J und ψ; so wurde es formell bekannt als J / ψ Meson. Die Entdeckung überzeugte die Physikergemeinschaft endgültig von der Gültigkeit des Quarkmodells.

In den folgenden Jahren erschienen eine Reihe von Vorschlägen zur Erweiterung des Quarkmodells auf sechs Quarks. Davon war die Arbeit von Haim Harari aus dem Jahr 1975 die erste, die die Begriffe top und bottom für die zusätzlichen Quarks prägte.

1977 wurde das Bottom-Quark von einem Team am Fermilab unter der Leitung von Leon Lederman beobachtet. Dies war ein starker Hinweis auf die Existenz des Top-Quarks: Ohne das Top-Quark wäre das Bottom-Quark ohne Partner gewesen. Doch erst 1995 wurde das Top-Quark schließlich beobachtet, ebenfalls von den Teams CDF und DØ am Fermilab. Es hatte eine viel größere Masse als zuvor erwartet, fast so groß wie die eines Goldatoms.

Aktuelle Forschungsschwerpunkte

Die Masse des Top-Quarks

Einer Zusammenarbeit von Wissenschaftlern am Fermilab (Illinois/USA) gelang es erst 2004, die Masse des Top-Quarks mit guter Genauigkeit zu bestimmen und damit eine bessere Vorhersage der Masse des vom Standardmodell vorhergesagten, aber bis dahin noch unentdeckten Higgs-Bosons zu ermöglichen.

Quarks lassen sich üblicherweise experimentell nicht einzeln beobachten: Sie treten immer in Kombinationen von mehreren Quarks auf (siehe unten) und sind nur indirekt anhand bestimmter Umwandlungen nachweisbar. Das Top-Quark ist eine Ausnahme, da es zerfällt, bevor es Hadronen formen könnte. Erst im Jahr 1995 konnten zwei Arbeitsgruppen am Fermilab unabhängig voneinander den Nachweis von Top-Quarks bekanntgeben, die dort als Quark-Antiquark-Paare bei Proton-Antiproton-Kollisionen entstanden waren. Das gesuchte Teilchenpaar zerfällt nach extrem kurzen 10⁻²⁴ Sekunden in W-Bosonen und leichtere Quarks, wobei letztere nahezu immer Bottom-Quarks sind. Erst diese binden dann andere Quarks an sich, ein Vorgang, der sich Hadronisierung nennt. Daraus resultieren Jets. Die Masse des Top-Quarks lässt sich durch eine genaue Analyse der Energie- und Impulsbilanz dieser Zerfälle bestimmen. Die Auswertung solcher komplexen Ereignisse ergab am CDF-Experiment und DØ-Experiment (sprich D-Zero) 1995 eine hohe Masse von mehr als 170 GeV/c², wesentlich schwerer als die anderen Quarks; die Messunsicherheit betrug zum damaligen Zeitpunkt allerdings 10 %. Spätere Messungen erreichten eine Unsicherheit von unter 0,5 %.

Die extrem große Masse des Top-Quarks legt nahe, dass es sich grundsätzlich von den fünf leichteren Quarks unterscheidet. Auf der Grundlage einer präzisen Messung seiner Masse lassen sich Aussagen über die Masse des Higgs-Bosons gewinnen und mit der direkten Messung der Higgs-Masse vergleichen. Dieses Teilchen, das 1964 von dem englischen Physiker Peter Higgs vorausgesagt wurde, wechselwirkt mit anderen Elementarteilchen und verleiht ihnen dadurch ihre Masse. Es vervollständigt das Standardmodell. Der Wert für die Masse dieses Higgs-Teilchens konnte von den beiden am LHC am CERN befindlichen Experimenten ATLAS und CMS bestimmt werden und beträgt etwa 125 GeV/c².

Die große Masse des Top-Quarks macht auch seine Zerfälle zu einem fruchtbaren Feld für die Suche nach neuen Teilchen, wie beispielsweise den Teilchen der Supersymmetrie, einer möglichen Erweiterung des Standardmodells. Mit der Produktion von Top-Quark-Paaren bei höheren Kollisionsenergien lässt sich vielleicht auch die Frage beantworten, ob es sich bei den Quarks wirklich um strukturlose, fundamentale Teilchen handelt. Neue Ergebnisse zum Top-Quark kommen daher vor allem vom LHC, der Anfang September 2008 in Betrieb genommen wurde. Dort werden zwei Protonenstrahlen mit einer Energie bis zu 6,5 TeV pro Proton zur Kollision gebracht.

Confinement

→ Hauptartikel: Confinement

Die theoretische Erklärung des Confinement-Problems ist eine der großen Herausforderungen der theoretischen Teilchenphysik. Es wurden verschiedene Modelle entwickelt, die in den letzten Jahren theoretisch untersucht wurden. Eine Möglichkeit ist die Bildung eines Gluonkondensates, welches dann nicht-triviale topologische Objekte enthalten kann (chromo-magnetische Monopole, Center-Vortices, Dyonen), eine andere Idee ist, Confinement durch Instantonen, also Tunnelprozesse, zu erklären. In den letzten Jahren wurden auch einzelne Green-Funktionen der QCD mit verschiedenen Methoden untersucht. Von besonderem Interesse ist hier der Gluonpropagator, für dessen Verhalten im Infrarotbereich unterschiedliche Methoden unterschiedliche Ergebnisse liefern. Dieses Problem wurde und wird stark diskutiert und ist aktuell (Januar 2011) noch nicht vollständig gelöst. Aus dem Infrarotverhalten des Gluonpropagators ergeben sich Hinweise auf die Gültigkeit verschiedener Confinementszenarien.

QCD-Phasendiagramm

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt der letzten Jahre, auf theoretischer Ebene, ist das Verhalten von Quarks bei endlichen Temperaturen und Dichten. Man weiß aus Experimenten, dass sich bei extrem hohen Dichten eine neue Phase einstellt, das Quark-Gluon-Plasma. Die theoretische Beschreibung dieses Zustandes und die Beschreibung des Phasenüberganges ist von hohem theoretischen Interesse. Zum einen sind die Quarks quasi-frei, die Confinement-Hypothese gilt also nicht mehr und man spricht von einem Confinement-Deconfinement-Übergang. Auch wird bei hohen Temperaturen und Dichten die chirale Symmetrie wiederhergestellt (bis auf die explizite Brechung durch die Stromquarkmassen). Ein Zusammenhang dieser beiden Phasenübergänge gilt als sehr wahrscheinlich und die Übergangstemperaturen für beide Übergänge stimmen anscheinend überein. Wie genau der Zusammenhang gegeben ist, von welcher Ordnung der Phasenübergang ist und ob nicht doch unter Umständen in gewissen Bereichen die Übergangstemperaturen unterschiedlich sein können, wie von einigen Forschern vorhergesagt, ist aber noch nicht endgültig gelöst und wird wohl erst durch experimentelle Messung beantwortet werden können.

Etymologie

Eine Zeit lang war Gell-Mann unschlüssig über eine tatsächliche Schreibweise für den Begriff, den er prägen wollte, bis er 1939 in James Joyces Buch Finnegans Wake das Wort Quark fand:

– Three quarks for Muster Mark!

Sure he hasn't got much of a bark

And sure any he has it's all beside the mark.

Das Wort Quark selbst ist eine slawische Entlehnung im Deutschen und bezeichnet ein Milchprodukt, ist aber auch ein umgangssprachlicher Begriff für "Müll". Gell-Mann ging in seinem 1994 erschienenen Buch The Quark and the Jaguar näher auf den Namen des Quarks ein:

In 1963, when I assigned the name "quark" to the fundamental constituents of the nucleon, I had the sound first, without the spelling, which could have been "kwork". Then, in one of my occasional perusals of Finnegans Wake, by James Joyce, I came across the word "quark" in the phrase "Three quarks for Muster Mark". Since "quark" (meaning, for one thing, the cry of the gull) was clearly intended to rhyme with "Mark", as well as "bark" and other such words, I had to find an excuse to pronounce it as "kwork". But the book represents the dream of a publican named Humphrey Chimpden Earwicker. Words in the text are typically drawn from several sources at once, like the "portmanteau" words in Through the Looking-Glass. From time to time, phrases occur in the book that are partially determined by calls for drinks at the bar. I argued, therefore, that perhaps one of the multiple sources of the cry "Three quarks for Muster Mark" might be "Three quarts for Mister Mark", in which case the pronunciation "kwork" would not be totally unjustified. In any case, the number three fitted perfectly the way quarks occur in nature.

Zweig bevorzugte den Namen Ass für das von ihm theoretisierte Teilchen, aber die Terminologie von Gell-Mann setzte sich durch, nachdem das Quarkmodell allgemein akzeptiert worden war.

Die Quark-Flavors erhielten ihre Namen aus mehreren Gründen. Die Up- und Down-Quarks sind nach den Up- und Down-Komponenten des Isospins benannt, die sie tragen. Die Strange-Quarks erhielten ihren Namen, weil sie als Komponenten der seltsamen Teilchen entdeckt wurden, die in der kosmischen Strahlung entdeckt wurden, Jahre bevor das Quark-Modell vorgeschlagen wurde; diese Teilchen wurden als "seltsam" angesehen, weil sie eine ungewöhnlich lange Lebensdauer hatten. Glashow, der das charmed quark zusammen mit Bjorken vorschlug, wird mit den Worten zitiert: "Wir nannten unser Konstrukt das 'charmed quark', denn wir waren fasziniert und erfreut über die Symmetrie, die es in die subnukleare Welt brachte. "Die von Harari geprägten Namen "bottom" und "top" wurden gewählt, weil sie "logische Partner für up- und down-Quarks" sind. Alternative Namen für bottom- und top-Quarks sind "Schönheit" bzw. "Wahrheit", aber diese Namen sind etwas aus dem Gebrauch gefallen. Während "Wahrheit" sich nie durchgesetzt hat, werden Beschleunigerkomplexe, die sich der massiven Produktion von bottom-Quarks widmen, manchmal "B-Fabriken" genannt.

Eigenschaften

Elektrische Ladung

Siehe auch: Elektrische Ladung

Quarks haben gebrochene elektrische Ladungswerte – entweder ($-{\tfrac {1}{3}}$) oder ($+{\tfrac {2}{3}}$) mal die Elementarladung ($e$), je nach Flavor. Up-, Charm- und Top-Quarks (zusammenfassend als Up-Typ-Quarks bezeichnet) haben eine Ladung von $+{\tfrac {2}{3}}e$, während Down-, Strange- und Bottom-Quarks (Down-Typ-Quarks) eine Ladung von $-{\tfrac {1}{3}}e$. Antiquarks haben die entgegengesetzte Ladung zu ihren entsprechenden Quarks; up-Typ-Antiquarks haben Ladungen von $-{\tfrac {2}{3}}e$ und Down-Typ-Antiquarks haben Ladungen von $+{\tfrac {1}{3}}e$. Da die elektrische Ladung eines Hadrons die Summe der Ladungen der konstituierenden Quarks ist, haben alle Hadronen ganzzahlige Ladungen: Die Kombination von drei Quarks (Baryonen), drei Antiquarks (Antibaryonen) oder einem Quark und einem Antiquark (Mesonen) führt immer zu ganzzahligen Ladungen. Die Hadronen-Bestandteile der Atomkerne, Neutronen und Protonen, haben zum Beispiel die Ladungen 0 e bzw. +1 e; das Neutron besteht aus zwei Down-Quarks und einem Up-Quark, das Proton aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark.

Spin

Siehe auch: Spins (Physik)

Der Spin ist eine intrinsische Eigenschaft von Elementarteilchen, und seine Richtung ist ein wichtiger Freiheitsgrad. Er wird manchmal als die Rotation eines Objekts um seine eigene Achse visualisiert (daher der Name "Spin"), obwohl diese Vorstellung auf subatomaren Skalen etwas irreführend ist, da Elementarteilchen als punktförmig angesehen werden.

Der Spin kann durch einen Vektor dargestellt werden, dessen Länge in Einheiten der reduzierten Planck-Konstante ħ (sprich: "h bar") gemessen wird. Für Quarks kann eine Messung der Spin-Vektorkomponente entlang einer beliebigen Achse nur die Werte $+{\tfrac {\hbar }{2}}$ oder $-{\tfrac {\hbar }{2}}$; aus diesem Grund werden Quarks als Spin-½ Teilchen.[65] Die Komponente des Spins entlang einer gegebenen Achse – per Konvention die z-Achse – wird oft durch einen Aufwärtspfeil ↑ für den Wert + gekennzeichnet ½ und Abwärtspfeil ↓ für den Wert -½, hinter dem Symbol für den Flavor platziert. Zum Beispiel ein up-Quark mit einem Spin von +½ entlang der z-Achse wird mit u↑ bezeichnet.

Schwache Wechselwirkung

Feynman-Diagramm des Betazerfalls mit nach oben fließender Zeit. Die CKM-Matrix (unten besprochen) kodiert die Wahrscheinlichkeit dieses und anderer Quark-Zerfälle.

Siehe auch: Schwache Wechselwirkung

Die Stärken der schwachen Wechselwirkungen zwischen den sechs Quarks. Die "Intensitäten" der Linien werden durch die Elemente der CKM-Matrix bestimmt.

Ein Quark eines Flavors kann sich nur durch die schwache Wechselwirkung, eine der vier fundamentalen Wechselwirkungen der Teilchenphysik, in ein Quark eines anderen Flavors verwandeln. Durch Absorption oder Emission eines W-Bosons kann sich jedes Up-Quark (Up-, Charm- und Top-Quark) in jedes Down-Quark (Down-, Strange- und Bottom-Quark) verwandeln und umgekehrt. Dieser Flavor-Transformationsmechanismus bewirkt den radioaktiven Prozess des Betazerfalls, bei dem ein Neutron ($n$) in ein Proton "spaltet" ($p$), ein Elektron ($e^{-}$) und ein Elektron-Antineutrino (${\bar {v}}$_$e$) (siehe Bild). Dies geschieht, wenn eines der down-Quarks im Neutron ($uud$) in ein up-Quark zerfällt, indem es ein virtuelles $W^{-}$ Boson und verwandelt das Neutron in ein Proton ($uud$). Die $W^{-}$ Boson zerfällt dann in ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino.

$n$ →  $p$ + $e^{-}$ + ${\bar {v}}$_$e$ (Beta-Zerfall, Hadron-Schreibweise) $uud$ → $uud$ + $e^{-}$- + ${\bar {v}}$_$e$ (Beta-Zerfall, Quark-Schreibweise)

Sowohl der Betazerfall als auch der umgekehrte Prozess des inversen Betazerfalls werden routinemäßig in medizinischen Anwendungen wie der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und in Experimenten zum Nachweis von Neutrinos eingesetzt.

Während der Prozess der Flavor-Transformation für alle Quarks gleich ist, hat jedes Quark eine Vorliebe, sich in das Quark seiner eigenen Generation zu verwandeln. Die relativen Tendenzen aller Flavor-Transformationen werden durch eine mathematische Tabelle beschrieben, die Cabibbo-Kobayashi-Maskawa-Matrix (CKM-Matrix).

Es gibt eine äquivalente schwache Wechselwirkungsmatrix für Leptonen (rechte Seite des W-Bosons im obigen Betazerfallsdiagramm), die sogenannte Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata-Matrix (PMNS-Matrix). Zusammen beschreiben die CKM- und PMNS-Matrizen alle Flavor-Transformationen, aber die Verbindungen zwischen den beiden sind noch nicht klar.

Das Muster der starken Ladungen für die drei Farben der Quarks, drei Antiquarks und acht Gluonen (wobei sich zwei der Null-Ladungen überlappen).

Alle Arten von Hadronen haben insgesamt die Farbladung Null.

Starke Wechselwirkung und Farbladung

Siehe auch: Farbladung und starke Wechselwirkung

Nach der Quantenchromodynamik (QCD) besitzen die Quarks eine Eigenschaft, die Farbladung genannt wird. Es gibt drei Arten von Farbladungen, die willkürlich als blau, grün und rot bezeichnet werden. Jede von ihnen wird durch eine Antifarbe ergänzt – antiblue, antigreen und antired. Jedes Quark trägt eine Farbe, während jedes Antiquark eine Antifarbe trägt.

Das System der Anziehung und Abstoßung zwischen Quarks, die mit verschiedenen Kombinationen der drei Farben geladen sind, wird als starke Wechselwirkung bezeichnet, die durch krafttragende Teilchen, die als Gluonen bekannt sind, vermittelt wird; dies wird weiter unten ausführlich diskutiert. Die Theorie, die die starke Wechselwirkung beschreibt, wird Quantenchromodynamik (QCD) genannt. Ein Quark, das einen einzigen Farbwert hat, kann ein gebundenes System mit einem Antiquark bilden, das die entsprechende Antifarbe trägt. Das Ergebnis von zwei sich anziehenden Quarks ist Farbneutralität: Ein Quark mit der Farbladung ξ plus ein Antiquark mit der Farbladung -ξ ergeben eine Farbladung von 0 (oder "weiße" Farbe) und die Bildung eines Mesons. Dies ist analog zum additiven Farbmodell in der Grundlagenoptik. In ähnlicher Weise führt die Kombination von drei Quarks mit jeweils unterschiedlichen Farbladungen oder drei Antiquarks mit Antifarbladungen zur gleichen "weißen" Farbladung und zur Bildung eines Baryons oder Antibaryons.

In der modernen Teilchenphysik beziehen sich Eichsymmetrien – eine Art Symmetriegruppe – auf Wechselwirkungen zwischen Teilchen (siehe Eichtheorien). Die Farb-SU(3) (üblicherweise abgekürzt als SU(3)_c) ist die Eichtransformationssymmetrie, die die Farbladung in Quarks betrifft und die definierende Symmetrie für die Quantenchromodynamik ist. Genauso wie die Gesetze der Physik unabhängig davon sind, welche Richtungen im Raum mit x, y und z bezeichnet werden und unverändert bleiben, wenn die Koordinatenachsen in eine neue Orientierung gedreht werden, ist die Physik der Quantenchromodynamik unabhängig davon, welche Richtungen im dreidimensionalen Farbraum als blau, rot und grün bezeichnet werden. SU(3)c-Farbtransformationen entsprechen "Drehungen" im Farbraum (der, mathematisch gesehen, ein komplexer Raum ist). Jeder Quark-Flavor f, jeweils mit den Untertypen f_B, f_G, f_R, die den Quark-Farben entsprechen, bildet ein Triplett: ein Drei-Komponenten-Quantenfeld, das unter der fundamentalen Darstellung von SU(3)_c transformiert. Die Anforderung, dass SU(3)_c lokal sein muss – das heißt, dass seine Transformationen mit Raum und Zeit variieren dürfen – bestimmt die Eigenschaften der starken Wechselwirkung. Insbesondere impliziert sie die Existenz von acht Gluonentypen, die als deren Kraftträger fungieren.

Aktuelle Quarkmassen für alle sechs Flavors im Vergleich, als Kugeln mit proportionalem Volumen. Proton (grau) und Elektron (rot) sind in der unteren linken Ecke als Maßstab dargestellt.

Masse

Siehe auch: Invariante Masse

Für die Masse eines Quarks werden zwei Begriffe verwendet: Die aktuelle Quarkmasse bezieht sich auf die Masse eines Quarks selbst, während sich die Masse des konstituierenden Quarks auf die aktuelle Quarkmasse plus die Masse des Gluon-Quantenfeld bezieht, das das Quark umgibt. Diese Massen haben typischerweise sehr unterschiedliche Werte. Der größte Teil der Masse eines Hadrons stammt von den Gluonen, die die konstituierenden Quarks zusammenbinden, und nicht von den Quarks selbst. Während Gluonen von Natur aus masselos sind, besitzen sie Energie – genauer gesagt, Quantenchromodynamik-Bindungsenergie (QCBE) – und diese ist es, die so stark zur Gesamtmasse des Hadrons beiträgt (siehe Masse in der speziellen Relativitätstheorie). Ein Proton hat zum Beispiel eine Masse von etwa 938 MeV/c², von der die Ruhemasse seiner drei Valenzquarks nur etwa 9 MeV/c2 beiträgt; ein Großteil des Rests ist auf die Feldenergie der Gluonen zurückzuführen. Siehe Chirale Symmetriebrechung. Das Standardmodell postuliert, dass die Elementarteilchen ihre Massen aus dem Higgs-Mechanismus ableiten, der mit dem Higgs-Boson verbunden ist. Man hofft, dass die weitere Erforschung der Gründe für die große Masse des Top-Quarks von ~173 GeV/c², was fast der Masse eines Goldatoms entspricht, mehr über den Ursprung der Masse von Quarks und anderen Elementarteilchen verraten könnte.

Größe

In der QCD werden Quarks als punktförmige Entitäten betrachtet, mit einer Größe von Null. Ab 2014 weisen experimentelle Beweise darauf hin, dass sie nicht größer als das 10⁻⁴-fache der Größe eines Protons sind, d. h. weniger als 10⁻¹⁹ Meter.

Wechselwirkende Quarks

Siehe auch: Confinement und Gluon

Wie von der Quantenchromodynamik beschrieben, wird die starke Wechselwirkung zwischen Quarks durch Gluonen, masselose Vektor-Eichbosonen, vermittelt. Jedes Gluon trägt eine Farbladung und eine Antifarbladung. Im Standardrahmen der Teilchenwechselwirkung (Teil einer allgemeineren Formulierung, die als Störungstheorie bekannt ist) werden Gluonen ständig zwischen Quarks durch einen virtuellen Emissions- und Absorptionsprozess ausgetauscht. Wenn ein Gluon zwischen Quarks übertragen wird, findet bei beiden ein Farbwechsel statt; wenn zum Beispiel ein rotes Quark ein rot-antigrünes Gluon emittiert, wird es grün, und wenn ein grünes Quark ein rot-antigrünes Gluon absorbiert, wird es rot. Während sich also die Farbe jedes Quarks ständig ändert, bleibt ihre starke Wechselwirkung erhalten.

Da Gluonen Farbladung tragen, sind sie selbst in der Lage, andere Gluonen zu emittieren und zu absorbieren. Dies verursacht asymptotische Freiheit: Je näher die Quarks einander kommen, desto schwächer wird die chromodynamische Bindungskraft zwischen ihnen. Umgekehrt wird die Bindungskraft stärker, wenn der Abstand zwischen den Quarks zunimmt. Das Farbfeld wird gestresst, ähnlich wie ein elastisches Band gestresst wird, wenn es gedehnt wird, und mehr Gluonen der entsprechenden Farbe werden spontan erzeugt, um das Feld zu stärken. Oberhalb einer bestimmten Energieschwelle werden Paare von Quarks und Antiquarks erzeugt. Diese Paare verbinden sich mit den zu trennenden Quarks, wodurch neue Hadronen entstehen. Dieses Phänomen ist als Color Confinement bekannt: Quarks treten niemals isoliert auf. Dieser Prozess der Hadronisierung findet statt, bevor Quarks, die in einer hochenergetischen Kollision entstanden sind, auf irgendeine andere Weise wechselwirken können. Die einzige Ausnahme ist das Top-Quark, das zerfallen kann, bevor es hadronisiert.

Seequarks / Sea-Quarks

Eine qualitative Darstellung des Phasendiagramms der Quark-Materie. Die genauen Details des Diagramms sind Gegenstand der laufenden Forschung.

Hadronen enthalten, zusammen mit den Valenzquarks ($q$_$v$), die zu ihren Quantenzahlen beitragen, virtuelle Quark-Antiquarks ($q{\bar {q}}$) Paare, die als See-Quarks ($q$_$s$). Sea-Quarks entstehen, wenn sich ein Gluon aus dem Farbfeld des Hadrons spaltet; dieser Prozess funktioniert auch umgekehrt, indem die Annihilation zweier Sea-Quarks ein Gluon erzeugt. Das Ergebnis ist ein ständiger Fluss von Gluon-Aufspaltungen und -Erzeugungen, die umgangssprachlich als "das Meer" bezeichnet werden. See-Quarks sind viel weniger stabil als ihre Valenz-Gegenstücke, und sie annihilieren sich typischerweise im Inneren des Hadrons gegenseitig. Trotzdem können Sea-Quarks unter bestimmten Umständen zu baryonischen oder mesonischen Teilchen hadronisieren.

Andere Phasen der Quarkmaterie

Unter hinreichend extremen Bedingungen können Quarks aus gebundenen Zuständen "dekonfiniert" werden und sich als thermalisierte "freie" Anregungen im größeren Medium ausbreiten. Im Zuge der asymptotischen Freiheit wird die starke Wechselwirkung bei steigenden Temperaturen schwächer. Schließlich würde der Confinement in einem extrem heißen Plasma aus frei beweglichen Quarks und Gluonen effektiv verloren gehen. Diese theoretische Phase der Materie wird als Quark-Gluon-Plasma bezeichnet.

Die genauen Bedingungen, die benötigt werden, um diesen Zustand zu erreichen, sind unbekannt und waren Gegenstand zahlreicher Spekulationen und Experimente. Einer Schätzung zufolge liegt die erforderliche Temperatur bei (1,90±0,02)×1012 Kelvin. Während ein Zustand völlig freier Quarks und Gluonen nie erreicht wurde (trotz zahlreicher Versuche am CERN in den 1980er und 1990er Jahren), haben jüngste Experimente am Relativistic Heavy Ion Collider Hinweise auf flüssigkeitsähnliche Quark-Materie ergeben, die eine "nahezu perfekte" Fluiddynamik aufweist.

Das Quark-Gluon-Plasma würde sich durch eine starke Zunahme der Anzahl der schwereren Quark-Paare im Verhältnis zur Anzahl der Up- und Down-Quark-Paare auszeichnen. Es wird vermutet, dass in der Zeit vor 10-6 Sekunden nach dem Urknall (der Quark-Epoche) das Universum mit Quark-Gluon-Plasma gefüllt war, da die Temperatur für Hadronen zu hoch war, um stabil zu sein.

Bei ausreichend hohen Baryonendichten und relativ niedrigen Temperaturen – möglicherweise vergleichbar mit denen in Neutronensternen – wird erwartet, dass die Quarkmaterie zu einer Fermi-Flüssigkeit aus schwach wechselwirkenden Quarks entartet. Diese Flüssigkeit wäre durch eine Kondensation von farbigen Quark-Cooper-Paaren gekennzeichnet, wodurch die lokale SU(3)_c-Symmetrie gebrochen würde. Da Quark-Cooper-Paare Farbladung beherbergen, wäre eine solche Phase der Quark-Materie farblich supraleitend, d. h. Farbladung könnte sie widerstandslos durchdringen.

Siehe auch

• Valenzquark
• Seequark
• Stromquark
• Farb-Flavor-Locking
• Magnetisches Dipolmoment
• Präonen
• Quarkonium
• Quark-Stern
• Quark-Lepton-Komplementarität
• Elektrisches Dipolmoment des Neutrons
• Bohr-Magneton
• Anomales magnetisches Moment
• Neutronenbeugung
• Antineutron

Literatur

• Harald Fritzsch: Quarks – Urstoff unserer Welt. Piper, München 2006, ISBN 978-3-492-24624-8.
• Hans G. Dosch: Jenseits der Nanowelt – Leptonen, Quarks und Eichbosonen. Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-22889-6.
• Maurice Jacob: The quark structure of matter. World Scientific, Singapore 1992, ISBN 981-02-0962-2.
• David Blaschke: Heavy quark physics. Springer, Berlin 2004, ISBN 978-3-540-21921-7.
• S.W. Lovesey (1986). Theory of Neutron Scattering from Condensed Matter. Oxford University Press. ISBN 0198520298.
• Donald H. Perkins (1982). Introduction to High Energy Physics. Reading, Massachusetts: Addison Wesley, ISBN 0-201-05757-3.
• John S. Rigden (1987). Rabi, Scientist and Citizen. New York: Basic Books, Inc., ISBN 0-465-06792-1.
• Sergei Vonsovsky (1975). Magnetism of Elementary Particles. Moscow: Mir Publishers.

Weblinks

Wiktionary: Quark – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Commons: Quark (Physik) – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

• 1969 Physik-Nobelpreis-Vortrag von Murray Gell-Mann
• 1976 Physik-Nobelpreis-Vortrag von Burton Richter
• 1976 Physik-Nobelpreis-Vortrag von Samuel C.C. Ting
• 2008 Physik-Nobelpreis-Vortrag von Makoto Kobayashi
• 2008 Physik-Nobelpreis-Vortrag von Toshihide Maskawa
• The Top Quark And The Higgs Particle von T.A. Heppenheimer – Eine Beschreibung des CERN-Experiments zur Zählung der Quarkfamilien.