5.9 Die Quarkfamilie

Startseite ／ Kapitel 5: Mikroskopische Teilchen

Ein-Satz-Überblick:
In der materialisierten Darstellung der Theorie der Energie-Fäden (EFT) ist ein Quark kein Punkt, sondern eine offene Einheit aus einem „Mikro-Fadenkern“ und einem „Farbkanal“. Der Kern ist ein sehr kurzer, eng gebundener Knoten, der die Chiralität festlegt und einen Teil von Spin und Eigenstützenergie trägt. Der Farbkanal ist ein Hochspannungs-Korridor, der aus dem Energie-Meer (Energy Sea) herausgezogen wird; er ist weder eine feste Rohrwand noch ein zweiter Faden. Stabil wird die Einheit nur, wenn sie sich mit anderen Quarks koppelt und so die Energiebilanz schließt. Daher überdauern nur gesamtfarbneutrale Verbünde (Mesonen, Baryonen, gluonenreiche gebundene Zustände); ein isoliertes Quark lässt sich makroskopisch nicht herauslösen. Ab hier verwenden wir durchgehend die ausgeschriebene Theorie der Energie-Fäden ohne Abkürzung.

I. Minimales physikalisches Bild: Kern + Farbkanal (drei Farben = drei austauschbare Bahnen)

• Fadenkern:
  Ein winziger Knoten eines Energie-Fadens (Energy Threads) im Energie-Meer. Er bestimmt die Chiralität und trägt zu Spin und Trägheit (Eigenstützenergie) bei. Unterschiede der Flavours (up, down, strange, charm, bottom, top) lassen sich als Variationen der Wickelordnung und der Phasenmodi verstehen.
• Farbkanal (Farb-Faden-Korridor):
  Reichweite: Es wird nicht der Fadenkörper herausgezogen, sondern ein Farb-Port am Kern erregt im Energie-Meer einen Spannungskorridor. „Farbe“ meint drei unabhängige, aber austauschbare Orientierungsbahnen.
  Konfinierungsorientierung: Wenn die drei Orientierungsvektoren eines Verbunds zu null summieren (farbneutral), schließt sich das Fernfeld und die Struktur wird stabil.

Klarstellung: Der Farb-Korridor ist kein festes Objekt, sondern ein räumliches Orientierungsband unter Spannung. Gluonen sind Pakete aus Phase und Energie, die bei Austausch- oder **Rekonnektions-**ereignissen entlang dieses Korridors laufen; es sind keine „Kügelchen“.

II. Konfinierung anschaulich: Warum sehen wir kein isoliertes Quark?

Betrachten wir zwei auseinandergezogene Quarks, die durch einen Hochspannungs-Korridor verbunden sind:

• Je mehr Zug, desto höher die Kosten: Die Korridor-Spannung ist annähernd konstant, daher wächst die Energie nahezu linear mit der Distanz.
• Günstiger Ausweg: Überschreitet man einen Schwellenwert, rekonnektiert das Energie-Meer etwa in der Mitte und nukleiert ein Quark–Antiquark-Paar (q–q̄). Der lange Korridor wird in zwei kurze geteilt, die sich jeweils zu Mesonen schließen.

Fazit: Experimente zeigen Jets und einen „Mesonen-Regen“, nicht das Herauszupfen eines einzelnen Quarks.

III. Wie Hadronen „sich bauen“: Mesonen, Baryonen und Y-Schluss

• Meson (q + q̄):
  Ein nahezu gerader Farbkanal koppelt zwei Fadenkerne; der Verbund ist farbneutral.
• Baryon (q + q + q):
  Drei Farbkanäle konvergieren zu einer Y-Junktion im Raum – energetisch günstiger als ein dreieckiger Rand. Die Summe der drei Orientierungsvektoren ist null, die Struktur schließt sich.
• Gluonen-Austausch:
  Phasen-/Flusspakete laufen in den Korridoren und verschieben Belegung zwischen den drei Bahnen – beobachtbar als Farbtausch.

IV. Flavours (up, down, strange, charm, bottom, top): Wickelordnung und Lebensdauer

• Höhere Wickelordnung oder höherer Modus bedeutet höhere Nukleationskosten; das Teilchen wird schwerer und lebt kürzer, mit Tendenz zum Zerfall in niedrigere Ordnungen.
• Das Top-Quark ist extrem schwer und zerfällt sehr schnell, sodass es häufig nicht hadronisiert – im Einklang mit den Beobachtungen.

V. Masse, Ladung, Spin: Wo die Bilanz aufgeht

1. Masse: zwei Kostenstellen
   • Eigenstützenergie des Kerns (Krümmung/Torsion).
   • Spannungsenergie im Farbkanal (der „Energie-Vorrat“ des Korridors).
     So wird die Aussage „Der Großteil der Protonenmasse stammt aus der starken Wechselwirkung“ greifbar: Die Spannung in dünnen Korridoren überwiegt die „nackte Masse“ der Quarks deutlich.
2. Ladung (warum Drittelwerte)
   Das elektromagnetische Erscheinungsbild eines Quarks entsteht aus einer gerichteten Polarisation im Nahfeld des Kerns. Ein Teil dieses Richtungs-Budgets wird vom Farbkanal verbraucht, sodass die elektromagnetische Projektion fraktionale Einheiten ergibt: up-Typ behält mehr (+2/3), down-Typ weniger (−1/3).
   Numerische Deckung: Die Ladungen bleiben genau bei ±1/3 und ±2/3; wir liefern eine materialisierte Begründung, ändern aber keine Zahlen.
3. Spin (wer wie viel beiträgt)
   Der globale Drall des Kerns plus Torsionswellen und Gluonen-Drehimpuls im Korridor ergeben den effektiven Spin. Unterschiede der inneren Aufteilung zwischen Hadronen erklären die experimentelle Spinzersetzung, bei der der Quark-Spin nur einen Teil ausmacht.

VI. Skalenverhalten: nahezu frei auf kurzer, stark gebunden auf langer Distanz

• Sehr kurze Distanz (hohes Q²):
  Nähern sich Kerne, weitet sich der Korridorquerschnitt und die Impedanz sinkt; der Austausch ähnelt einem „Breitband-Tunnel“, Quarks wirken nahezu frei (asymptotische Freiheit).
• Auseinanderziehen (niedriges Q²):
  Die Korridore werden dünner und straffer; die Energie wächst näherungsweise proportional zur Distanz. Das System bricht und erzeugt Paare und kehrt in geschlossene hadronische Formen zurück (Konfinierung).

So liegen asymptotische Freiheit und Konfinierung auf demselben Energie-Konto.

VII. Abgleich mit dem Standardmodell (Sprachbrücke, nicht Gegensatz)

• Drei Farben ↔ drei Orientierungs-Korridore (geometrische Visualisierung der Farbbahnen).
• Gluonen ↔ Phasen-/Flusspakete, die Belegung transportieren, keine Kügelchen.
• Konfinierung und Jets ↔ lineares Energie-Wachstum mit Distanz + Rekonnektion mit Paarbildung.
• Innere Hadronstruktur ↔ Meson mit geradem Korridor-Schluss, Baryon mit Y-Junktion.
• Masse überwiegend aus starker Wechselwirkung ↔ Korridor-Spannung + Eigenstützenergie des Kerns dominieren.
• Fraktionale Ladung ↔ EM-Projektion einer Nahfeld-Polarisation nach Verbrauch durch Farbkorridore.
• Keine Hadronisierung des Top-Quarks ↔ Nukleationszeit > Zerfallszeit.

VIII. Randbedingungen (Kernpunkte im Einklang mit vorhandenen Daten)

• Tiefinelastische Streuung (DIS) und Partonen:
  Bei hohem Q² und in DIS konvergiert das Bild zur Partonen-Sicht; Partonverteilungsfunktionen (PDF) und Skalengesetze bleiben bestehen.
• Elektromagnetische Konsistenz:
  Ladungen bleiben ±1/3 und ±2/3. Formfaktoren und ihre Energieabhängigkeit stimmen mit Messungen überein.
• Spektroskopie und Hadronisierung:
  Resonanzspektren, Jet-Topologien und Fragmentationsfunktionen liegen innerhalb der Fehlerbänder. Die anschauliche Sprache „lineares Potential + Bruch durch Paarbildung“ darf keine Artefakt-Peaks erzeugen.
• Erhaltung und dynamische Stabilität:
  Erhaltung von Farbe, Flavour, Energie, Impuls, Drehimpuls und Baryonenzahl gilt strikt. Keine vertauschte Kausalität oder selbstverstärkende Instabilitäten.
• Visualisieren ≠ Zahlen ändern:
  Metaphern wie Korridor/Paket/Y-Junktion sind Intuitionen; Parameter und Fits der gängigen Praxis bleiben unverändert.

Zusammenfassend
Ein Quark besteht aus Fadenkern plus Farbkanal. Der Kanal ist eine hochgespannte Bahn aus dem Energie-Meer, die mehrere Kerne zu einem farbneutralen Ganzen verriegeln kann. Zug erhöht die Kosten, bis Rekonnektion ein neues Paar erzeugt und das System zu geschlossenen Hadronen zurückkehrt. So verstehen wir, warum wir Jets und Hadronen beobachten – nicht isolierte Quarks – und warum Masse, Spin und fraktionale Ladung in dieser materialisierten Karte ihren Platz finden.

Abbildungen

1. Einzelnes Quark-Modul (Kern + entstehender Korridor)

• Kernaussage: Ein einzelnes Quark ist offen und muss sich koppeln, um stabil zu sein.
• Leseanker: Doppelring = Kern; heller Bogen = Farb-Korridor; Gelb = Gluonenpaket; graues Gefälle = flache Beckenstruktur.
• Gluon: ein gelbes „Erdnuss“-Paket läuft im Korridor; es steht für ein Phasen-Energie-Paket (Austausch/Rekonnektion), nicht für eine Kugel.
• Phasenfront: ein blauer Bogen mit verdickter Vorderkante am Kern deutet Phasenverriegelung an.
• Hauptkörper: links ein Kern (doppelter Ring, kompakt, eigenstützend), rechts ein heller Bogen als Farb-Korridor (Spannungsband, kein festes Rohr).

2. Meson (q + q̄, Schluss über geraden Korridor)

• Kernaussage: Das Meson ist ein „einziger, gerader Korridor“, der an beiden Enden geschlossen ist.
• Anker: Doppelringe an den Enden = Kerne q und q̄; heller Mittelstreifen = Korridor; gelbes Paket = Gluon; keine elektrischen Pfeile (Farbneutralität).
• Phasenfronten: je ein blauer Bogen an beiden Enden; ein gelbes Paket in der Mitte markiert Farbaustausch.
• Hauptkörper: je ein Kern links und rechts, gekoppelt durch einen nahezu geraden Korridor; der Verbund ist farbneutral.

3. Baryon (siehe §§ 5.6 Proton und 5.7 Neutron)
   1. Drei Quarks, drei Korridore, die in einer zentralen Y-Junktion zusammenlaufen. Weitere Layer (doppelte Kernlinien, blaue Phasenbögen, „Übergangs-Kissen“, feine Fernfeld-Linien und konzentrisches Gefälle) folgen demselben visuellen System.