CERN Accelerating science

1964 schlugen zwei Physiker unabhängig voneinander die Existenz der subatomaren Teilchen vor, die als Quarks bekannt sind.

Die Physiker Murray Gell-Mann und George Zweig arbeiteten unabhängig voneinander an einer Theorie für starke Wechselwirkungssymmetrie in der Teilchenphysik. In diesem Rahmen schlugen sie vor, dass wichtige Eigenschaften der stark wechselwirkenden Teilchen – Hadronen – erklärt werden könnten, wenn sie aus konstituierenden Teilchen bestehen.

1961 hatte Gell-Mann ein Symmetrieschema eingeführt, das er den Achtfachen Weg nannte, der auf der mathematischen Symmetrie SU (3) basierte. Das Schema (für das er 1969 den Nobelpreis für Physik erhielt) klassifizierte die Hadronen in zwei Hauptgruppen, eher wie das Periodensystem die chemischen Elemente klassifiziert.

Gell-Mann baute auf dieser Arbeit in einem neuen Modell auf, das unter anderem die magnetischen Eigenschaften von Protonen und Neutronen erfolgreich beschreiben konnte. Aber Gell-Manns Modell erforderte die Existenz von drei neuen Elementarteilchen, die er „Quarks“ nannte.“

Gell-Mann sagt, dass er zuerst den Sound „quork“erfunden hat und später zufällig auf den Satz „Three quarks for Muster Mark“ in James Joyces Finnegans Wake gestoßen ist. Da Joyce vermutlich beabsichtigte, das Wort mit „Mark“ zu reimen, sind die Menschen seitdem über die Aussprache gespalten.

Der Physiker George Zweig leistete seinen Beitrag auf diesem Gebiet, als er CERN besuchte, in einem Aufsatz vom 17. Januar 1964, in dem er vorschlug: „Sowohl Mesonen als auch Baryonen bestehen aus einer Reihe von drei fundamentalen Teilchen, die als Asse bezeichnet werden.“ Obwohl Zweigs Name für die Teilchen nicht klebte, zeigte er, dass einige Eigenschaften von Hadronen erklärt werden konnten, indem man sie als Drillinge anderer konstituierender Teilchen behandelte.

Sowohl die Quarks von Gell-Mann als auch die Asse von Zweig mussten elektrische Ladungen haben, die 1/3 oder 2/3 der eines Elektrons oder Protons entsprachen, was darauf hindeutet, dass eine experimentelle Suche nach diesen Bestandteilen zeigen würde, ob sie existierten oder nicht.

1968 zeigte eine Reihe von Elektronen-Protonen-Streuexperimenten der MIT-SLAC-Kollaboration am Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) in den USA die ersten Anzeichen dafür, dass Nukleonen eine innere Struktur haben. Das Team feuerte Elektronen auf Protonen und beobachtete, wie die Elektronen abprallten. Die Streumuster wurden als durch punktförmige Teilchen innerhalb der Protonen verursacht identifiziert. In den folgenden Jahren wurde durch die Kombination dieser Ergebnisse mit anderen aus der Neutrino-Streuung in der Gargamelle-Blasenkammer am CERN klar, dass diese Bestandteile tatsächlich Ladungen von 1/3 und 2/3 haben.

Quarks sind jetzt ein wichtiger Teil des Standardmodells. In zahlreichen Experimenten am CERN, unter anderem am Large Hadron Collider (LHC), messen Physiker die Eigenschaften der Teilchen von Gell-Mann und Zweig immer genauer.

Mehr über Quarks

• Sehen Sie sich George Zweigs technischen Bericht an die Geschichte der Quarks (Aufgenommen am CERN im September 2013)