Quark

Van Wikipedia

opbouw van materie

Quarks zijn elementaire deeltjes, of meer algemeen subatomaire deeltjes. Er bestaan zes soorten, ook wel smaken genoemd, quarks: voor elke 'generatie' van elementaire deeltjes een paar. De drie paren worden aangeduid door de Engelse namen up en down; charm en strange; top en bottom (ook wel truth en beauty genoemd). Het eerste uit het paar heeft een elektrische lading van +2/3 elementaire lading, het tweede van -1/3. Voor elk quark bestaat er ook als antideeltje dus antimaterie een antiquark, met de omgekeerde lading. Quarks hebben spin + of - 1/2 en zijn dus fermionen.

[bewerk] Het voorkomen van quarks

Alledaagse materie is opgebouwd uit up en down quarks. De andere komen alleen onder extreme omstandigheden voor: in deeltjesversnellers en bij de Big Bang. Ze hebben veel meer energie (zijn zwaarder) dan de up en down.

Quarks komen nooit alleen voor maar alleen in samengestelde deeltjes (hadronen). Een meson bestaat uit een quark en een antiquark; een baryon bestaat uit 3 quarks of 3 antiquarks. In 2003 meldden wetenschappers de ontdekking van een nieuw soort deeltje: het pentaquark, bestaande uit 5 quarks.

Protonen zijn opgebouwd uit het drietal van één down quark en twee up quarks; de totale lading komt dan op +1 elementaire lading.

Neutronen bestaan uit twee down quarks en één up quark, met een totale lading van 0.

Quarks kennen drie kleurladingen, namelijk rood, blauw en groen. Antiquarks hebben een anti-kleurlading (anti-rood, anti-blauw, anti-groen). Deze kleuren zijn geen echte kleuren, maar vereenvoudigen de beeldvorming erover.

Deeltjes die zijn opgebouwd uit quarks moeten kleurneutraal zijn. Er zijn nog nooit uit quarks bestaande deeltjes aangetoond die niet kleurneutraal zijn.

Kleurneutraal betekent, dat een deeltje geen netto kleurlading heeft. Zo zijn de drie kleuren rood, groen en blauw samen wit (kleurneutraal); een kleur en zijn corresponderende antikleur zijn samen ook kleurneutraal. Dit impliceert dat een quark nooit op zichzelf kan bestaan, het kan in zijn eentje nooit kleurneutraal zijn. De bovengenoemde mesonen en baryonen zijn wel kleurneutraal (respectievelijk kleur+anti-kleur en drie kleuren).

[bewerk] Modellen van quarks

De kracht die quarks bij elkaar houdt in het samengestelde deeltje heet de sterke kernkracht. De quarks wisselen onderling krachtvoerende deeltjes uit. De krachtvoerende deeltjes heten gluonen, naar het Engelse woord 'glue'. Hoe verder weg twee quarks uit elkaar gaan, hoe meer energie in dit krachtveld gaat zitten. Hierdoor komt een quark nooit alleen voor, want als je bijvoorbeeld de twee quarks van een meson uit elkaar trekt, dan gaat daar zoveel energie inzitten dat deze energie in massa wordt omgezet en weer twee quarks vormt. Je krijgt dan dus weer mesonen en nog steeds geen losse quark.

De quarks en gluonen zijn onderdeel van de theorie van de sterke kernkracht: de kwantumchromodynamica (chromo- betekent kleur-). Deze theorie uit de jaren 60 en 70 is onderdeel van het standaardmodel van de deeltjesfysica. De quarks zijn bedacht door de Amerikaan Murray Gell-Mann.

De sterke kernkracht is zo sterk dat hij ook buiten het samengestelde deeltje merkbaar is. Dit is de zogenaamde residuële kernkracht. Dit is de kracht die ervoor zorgt dat protonen in een atoomkern ondanks hun afstotende kracht (door elektrische lading) toch bij elkaar blijven.

Het woord quark komt uit de roman Finnegan's Wake van de Ierse schrijver James Joyce.

[bewerk] Eigenschappen van de quarks

Hier een tabel met alle bekende quarks. Tussen haakjes staat hun lading met als eenheid de lading van het elektron. Hierbij moet bedacht worden dat van ieder quark drie varianten voorkomen (de drie kleuren), die overigens steeds in elkaar overgaan: de gluonen dragen kleurlading van het ene naar het andere quark. Ook heeft iedere variant een antideeltje. In totaal zijn er dus 18 quarks en 18 antiquarks. Voor meer eigenschappen van de quarks, zie de lijst van elementaire fermionen.

Generatie	Zwak Isospin	Flavour	Naam	Symbool	Lading / e	Massa / MeV.c^-2
1	+ ¹/₂	I_z=+1/2	Up	u	+ ²/₃	1.5 tot 4.0
1	− ¹/₂	I_z=−1/2	Down	d	− ¹/₃	4 tot 8
2	− ¹/₂	S=−1	Strange	s	− ¹/₃	80 tot 130
2	+ ¹/₂	C=1	Charm	c	+ ²/₃	1150 tot 1350
3	− ¹/₂	B′=−1	Bottom	b	− ¹/₃	4100 tot 4400
3	+ ¹/₂	T=1	Top	t	+ ²/₃	172500 ± 2300