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Doctoral Thesis / Dissertation from the year 2007 in the subject Physics - Nuclear Physics, Molecular Physics, Solid State Physics, grade: 1,0, University of Frankfurt (Main) (Institut für Kernphysik), language: English, abstract: Quarks sind die elementaren Bestandteile, aus denen Hadronen (Baryonen und Mesonen) aufgebaut sind. Zusammen mit den Leptonen und den Eichbosonen gelten sie heute als die fundamentalen Bausteine, aus denen alle Materie aufgebaut ist. Im Standardmodell der Teilchenphysik werden diese Ergebnisse zusammengefasst. Es gibt sechs verschiedene Quark-Arten (flavours): up, down, strange, charm, bottom und top. In der Natur kommen keine isolierten Quarks vor, sondern nur Kombinationen aus z.B. einem Quark-Antiquark Paar (Meson) oder aus drei Quarks (Baryon). Die Quantenchromodynamik (QCD) beschreibt die starke Wechselwirkung zwischen Quarks und Gluonen. Quarks bauen unter anderem Protonen und Neutronen auf. Gluonen vermitteln die Wechselwirkung zwischen den Quarks. Konzeptionell ist die QCD an die Quantenelektrodynamik (QED) angelehnt, die die Wechselwirkung elektrisch geladener Teilchen (z.B. Elektron oder Positron) durch den Austausch von Photonen beschreibt. Analog wirkt die Kraft, die durch den Austausch von Gluonen beschrieben wird, zwischen Teilchen, die eine Farbladung (rot, grün, blau) tragen. Im Vergleich zur QED, wo das Photon neutral ist, trägt das Gluon selbst Farbe und wechselwirkt daher mit anderen Gluonen. Bei kleinen Quarkabständen und hohen Energien bzw. hohen Impulsüberträgen, fällt die Kopplungskonstante der starken Wechselwirkung ( s) ab. Bei kleinem s sind Quarks und Gluonen schwach gebunden (Asymptotische Freiheit). Bei grossen Abständen bzw. kleinen Impulsüberträgen ist s gross. Die Zunahme von s bewirkt, dass unendlich viel Energie benötigt wird, um Quarks aus Hadronen herauszulösen. Dies hat die Folge, dass es günstiger ist ein neues Quark-Antiquark Paar zu erzeugen. Das erklärt, warum Quarks immer in Hadronen (Mesonen und Baryonen) gebunden sind und nie isoliert beobachtet werden können (Confinement).Wenn Kernmaterie stark komprimiert wird, steigen Energiedichte und Temperatur, und möglicherweise erfährt die Kernmaterie einen Phasenübergang zu einem Zustand der als Quark Gluon Plasma (QGP) bezeichnet wird. Das QGP ist ein Zustand der Materie, in dem das Confinement der Quarks und Gluonen aufgehoben ist (Deconfinement). Dieser Zustand ist gekennzeichnet durch ein quasi-freies Verhalten der Quarks und Gluonen. Quarks und Gluonen in Hadronen ein. Im heutigen Universum existiert das QGP höchstens noch im Zentrum von Neutronensternen und explodierenden schwarzen Löchern.
