Wie viel wiegen Quarks?

Eine Frage der Definition. Je nachdem, was Sie unter einem Quark verstehen, unterscheiden sich die Massen erheblich.

Quarks sind nach dem Standardmodell der Teilchenphysik elementare Bausteine der Natur. Aus ihnen bestehen beispielsweise Protonen und Neutronen, die Bestandteile der Atomkerne, aber auch viele weitere Verbindungen. Die Krux ist sogar: Quarks können gar nicht anders als miteinander verbunden zu sein. Kein Experimentator hat sie bisher einzeln angetroffen. Daher ist es bisher auch nicht geglückt, die Masse eines isolierten Quarks genau zu bestimmen.

Die Masse des Protons kennt man aber. Und man weiß, dass Protonen im Wesentlichen aus drei Quarks bestehen. Wenn man nun davon ausgeht, dass sich diese drei Quarks die Masse des Protons teilen, bekommen wir etwas über 600 Milliardstel Milliardstel Milliardstel Gramm (oder: 360 MeV/c²).

Aber im Proton geht’s vertrackter zu: So wuseln dort neben den drei Hauptquarks noch zahlreiche weitere Teilchen wie beispielsweise die Wechselwirkungsteilchen der starken Kraft, die Gluonen, herum. Da auch diese zur Masse des Protons beitragen, müssen sie weggerechnet werden. Dabei kommen auch leichte Unterschiede zwischen den beiden Quark-Typen im Proton zum Vorschein: Das Up-Quark wiegt rund 5 Milliardstel Milliardstel Milliardstel Gramm (oder: ca. 3 MeV/c²). Das Down-Quark kommt auf eine Masse von rund 12 Milliardstel Milliardstel Milliardstel Gramm (oder: ca. 6,5 MeV/c²).

Die leichtesten Quarks sind damit zehn bis zwanzigmal schwerer als ein Elektron. Aber es geht noch schwerer: Das erst 1995 entdeckte Top-Quark kann es im Massemessen gar mit einem Goldatom aufnehmen.