Die Entdeckung des Higgs-Teilchens: Oder wie das Universum seine Masse bekam (German Edition)

Down-Quark. Neutronen dagegen haben zwei Down-Quarks und ein Up-Quark, wodurch sich alle positiven und negativen Drittelladungen aufheben. Protonen und Elektronen sind erstaunlicherweise gleich stark, wenn auch entgegengesetzt geladen. Deswegen lässt sich die Ladung eines Protons mithilfe des Symbols für die Ladung des Elektrons angeben, nämlich mit »e«. Um Verwirrung vorzubeugen: »e« wird in der Physik tatsächlich als Symbol für das Teilchen an sich und als Abkürzung für die Ladung eines Elektrons gebraucht. Mithilfe eines »+« oder »–« gibt man im Zweifelsfall an, ob eine positive oder negative Elementarladung gemeint ist. Zur Veranschaulichung der Menge an neuen Informationen soll Abbildung 4 dienen.
    Es zeigte sich, dass diese vier Bausteine unserer Welt Verwandte haben, die sich ähnlich verhalten, aber viel schwerer sind. Sie bilden die sogenannte zweite und dritte Generation der Elementarteilchen. In unserer Abbildung 3 sind dies die zweite und dritte Spalte der Quarks und Leptonen.
    Das Elektron gehört zur ersten Teilchengeneration und wiegt 0,511 MeV. Es bildet mit den anderen zwei Teilchen in seiner Zeile eine Gruppe, also mit dem Myon (»μ«) mit einer Masse von 105,7 MeV und dem Tauon (» τ «), das sogar 1777 MeV wiegt. Myon und Tauon gehören zur zweiten beziehungsweise dritten Teilchengeneration des Elektrons und sind ebenfalls einfach negativ geladen.

    Abbildung 4: Protonen und Neutronen als Quark-Kompositionen
    © Roman Zitlau
    Zu jeder Teilchengeneration der Elektronen gehört eine bestimmte Neutrinogeneration. Das Elektron wird mit dem Elektron-Neutrino in Reaktionen beobachtet, das Myon mit dem myonischen Neutrino (2. Generation) usw. Alle drei Neutrinogenerationen sind elektrisch neutral und sehr leicht. Mit heutigen Experimenten konnten bisher lediglich Obergrenzen für ihre Massen festgestellt werden. Das Elektron-Neutrino wiegt beispielsweise weniger als 2,2 eV (zum Vergleich: ein Elektron wiegt 511000 eV, ein Proton 938000000 eV). Neutrinos entstehen zum Beispiel bei Kernfusionsprozessen in unserer Sonne.
    Quarks
    Die sechs bisher behandelten Teilchen, also die Leptonen, sind Bausteine, die völlig unabhängig von anderen Teilchen existieren und die kleinsten bisher entdeckten Materieeinheiten darstellen. Quarks hingegen sind nur in Zweier- oder Dreiergruppen Bestandteil der Materie. Im ersten Fall nennt man das entstehende Teilchen ein Meson, im zweiten ein Baryon. Die Quarks und ihre Zusammensetzungen sind die Erklärung dafür, dass es so unglaublich viele kleine Objekte neben den Protonen gibt. Alle aus Quarks bestehenden Teilchen werden Hadronen genannt.
    Die Theorie der Quarks ist eine Kuriosität. Sie ordnet den Quarks elektrische Ladungen zu, die nur einem oder zwei Drittel der Ladung einer üblichen Elementarladung entsprechen. Zudem haben Quarks weitere Ladungen, die nicht elektrischer Natur sind. Man nennt sie Farbladungen. Sie werden später im Buch mit jener Kraft in Verbindung gebracht, welche Atomkerne zusammenhält. Farbladungen kommen in drei Versionen vor, die symbolisch mit den Farben Grün, Blau und Rot repräsentiert werden. Zudem gibt es zu jeder Farbladung eine Antifarbladung. Es existieren also beispielsweise grüne und antigrüne Quarks. Treten alle drei Farben oder Antifarben zusammen auf, so sind sie nach außen hin nicht mehr sichtbar. Der Gebrauch von Farben in der Theoriebildung ist nicht wörtlich zu verstehen und wird dadurch motiviert, dass Blau, Rot und Grün zusammen Weiß ergeben. Dasselbe Ergebnis (also Weiß) stellt sich in der Quark-Theorie ebenfalls ein, wenn eine Quark-Farbe mit ihrer Antifarbe verbunden wird. Es gilt: Jedes Objekt, das aus Quarks besteht, muss nach außen hin »farblos«, also »weiß«, sein. Der Grund: Diese Theorie setzt zwingend die Existenz einer Farbladung voraus, nur leider wurde eine solche noch nie beobachtet. Man vermutet, dass die Welt womöglich so gestrickt ist, dass Farbladungen immer in solcher Weise zusammen auftreten, dass sie von außen betrachtet nicht mehr sichtbar sind. Diese Theorie funktioniert wunderbar!
    Die dritte Kuriosität dieser Objekte besteht darin, dass Quarks überhaupt existieren sollen. Abstruserweise besagt die Theorie, dass diese Teilchen nie einzeln beobachtet werden können und immer nur in solchen Anordnungen auftreten, dass keine elektrischen Drittelladungen oder Farbladungen nach außen hin wirksam sind. Das heißt, wir werden diese Teilchen und ihre seltsamen