Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik, Teil 4: Das wabernde Innere unserer Körper

Gehen wir in diesem Post noch einmal etwas mehr auf die Quarks ein.

Hinweis: Neutrinos habe ich  ausführlich in der vorletzten Postserie vorgestellt ("Wie sag ichs meinem Alien", siehe auch 7.2.).

Alle Teilchen (Hadronen genannt), die sich aus Quarks zusammensetzen, verspüren die starke Kraft, d.h. sie können die Gluonen austauschen.
Die bekanntesten Hadronen sind die Protonen und Neutronen, auch Nukleonen genannt, weil sie im Atomkern vorkommen.


Quarks tragen neben ihrer elektrischen Ladung auch noch eine sogenannte Farbladung, d.h. sie können die zusätzlichen Eigenschaften rot, grün und blau haben.

Die Namensgebung ist sinnvoll, denn Verbindungen aus drei Quarks sind nur möglich, wenn sich ihre "Farben" zu "Weiß" addieren. Weiß erhält man aber auch durch die Kombination einer Farbe mit ihrer Anti-Farbe.
Also können sich auch zwei Quarks verbinden, man erhält die sog. Mesonen (mittelschwere Teilchen), die aus einem Quark und einem Anti-Quark bestehen.

Die starke Kraft zwischen den Quarks hat eine interessante Eigenschaft: Sie ist sehr klein (nahezu 0), wenn sich die Quarks ganz nahe sind. Quarks spüren sich also nicht, wenn sie sehr nahe sind.
Die starke Kraft aber nimmt nicht ab, wenn der Abstand wächst, sondern bleibt konstant gleich groß. Dadurch kann man Quarks nicht trennen, je mehr man sie auseinander bringt, desto stärker ziehen sie sich an. Deshalb tauchen Quarks immer nur eingeschlossen innerhalb von  Teilchen auf (confinement).

Wenn wir in den nächsten Posts das Standdardmodell näher kennen gerlernt haben, werden wir noch genauer verstehen wie ein Proton aufgebaut ist:

 Ein u-Quark trägt -1/3 Elementarladungen e und ein d-Quark + 2/3 e als Ladun.
Damit kann man ein Proton als ddu und ein Neutron als uud auffassen.

Um sich die Größenordnung etwas vorstellen zu können:
Wäre ein Proton so groß wie eine Faust, dann wäre ein Quark kleiner als 0,1 mm, also nur mit Lupe zu erkennen, und ein Atom wäre dann mit 10 km Größe so groß wie das Kasseler Becken.

Aber so einfach ist das Bild nicht:

Mit den drei Quarks gelingt es nicht die Eigenschaften des Protons wie Magnetismus, Drehimpuls zu beschreiben.
Um das Magnetfeld des Protons und seinen Drehimpuls zu verstehen, braucht man noch mehr Objekte in seinem Inneren. Die findet man auch durch Streuversuche. Es gibt drei starke Streubereiche im Proton, die bestehen aus den drei genannten Quarks (Valenzquarks). Sie machen aber nur etwa 2% der Protonenmasse aus.
Die restlichen 98% bestehen aus den Austauschbosonen der starken Kraft, den Gluonen (die die Quarks zusammenhalten) und vielen virtuellen Quark-Antiquark-Paaren (Seequarks genannnt), die aus dem Nichts auftauchen und wieder verschwinden.


Die  Komplexität eines Protons wird in der Darstellung (CERN) sichtbar:
Es tauchen, immer nur für sehr sehr kurze Zeit, sogar auch andere Quarksorten auf und massenweise Gluonen.
Die Summe aus allem diesem wabernden auftauchenden und wieder verschwindenden Zeugs erzeugt jeden Moment das, was wir ein Proton nennen. Ein stabiles unveränderliches Objekt, aus dem unsere Körper aufgebaut sind.

Das kann das Standardmodell erklären.

Also auf  zum nächsten Post....