Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

75 22.7 Elementarteilchen Nur die Baryonen haben die Baryonenzahl 1 (die ent- sprechenden Antiteilchen, die Antibaryonen, erhalten die Baryonenzahl –1); sie ist bei allen anderen Teilchen0. Analog dazu wird den Leptonen und ihren Antiteil- chen die Leptonenzahl 1 bzw. –1 zugeordnet. Ein Elementarteilchen wird durch seine Quantenzah- len charakterisiert. Diese sind eng mit Erhaltungssät- zen verbunden: Bei allen Reaktionen bleiben die Gesamtenergie, der Gesamtimpuls, die Ladung, der Spin, die Zahl der Ba- ryonen und die Leptonenzahl erhalten. A1 Begründe, warum die Reaktion „Elektron + Proton → c -Strahlung“ nicht eintreten kann! Beispiel Erzeugung von Pionen Die kosmische Höhenstrahlung bewirkt energierei- che Stöße zwischen Protonen und Neutronen. Wir überprüfen die Erhaltungssätze: Energie + p + n → n + n + r + Masse m · c 0 2 : E + 938 MeV + 940 MeV = 940 MeV + 940 MeV + 140 MeV Ladung: 1 + 0 = 0 + 0 + 1 Baryonenzahl: 1 + 1 = 1 + 1 + 0 Beispiel Zerfall des Pions Das r + -Meson zerfällt in ein Myon und in ein Myon- Neutrino: r + → n + + o n + Energie Masse m · c 0 2 : 140 MeV = 106 MeV + (0)MeV + E Ladung: 1 = 1 + 0 Erhaltungsatz Quantenzahl Energie/Impuls Masse m Drehimpuls Spin Ladung Ladung Q Baryonenzahl B Leptonenzahl L Abb. 75.1 Im Diagramm sind 8 Mesonen eingetragen („Me- sonenoktett“). Sie haben alle den Spin 0 (die Spins von Quark und Antiquark sind antiparallel) und die Baryonenzahl 0. Die r -Mesonen und die K-Mesonen haben jeweils ähnliche Massen. 0 100 200 300 400 500 -1 0 1 Masse in MeV Ladung in e 600 Abb. 75.2 Die Baryonen des im Diagramm dargestellten Baryonenoktetts haben den Spin ½ ħ (zwei Quarkspins sind antiparallel) und die Baryonenzahl 1. Das Antibaryonenoktett ist symmetrisch zum Baryonenoktett. 0 -1 0 1 Masse in MeV Ladung in e 80 900 1000 1100 1200 1300 1400 Abb. 75.3 Zehn Baryonen mit dem Spin 3/2 ħ (alle drei Quark- spins zeigen in die gleiche Richtung) sind in diesem Diagramm dargestellt. Aufgrund der Regelmäßigkeit der Anordnung konnte das X – -Teilchen vorhergesagt werden. -1 0 1 Masse in MeV Ladung in e 2 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 A2 Das vom Quarkmodell vorhergesagte X – -Teil- chen wurde 1964 durch folgende Reaktion entdeckt: K – + p " X – + K 0 + K + Überprüfe mit Hilfe von Abb. 75.1–3 die Erhaltungs- sätze! A3 Gibt es auch eine„Mesonen(erhaltungs)zahl“? Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv