Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

77 22.7 Elementarteilchen Quantenchromodynamik (quantum chromodynamics, QCD) Manche Hadronen werden aus drei d-Ouarks, drei u- Quarks etc. aufgebaut. Zur Beschreibung der Quarks wird eine weitere Quantenzahl notwendig (Pauli-Prin- zip!). Durch diese Quantenzahl kann die starke Wech- selwirkung zwischen den Kernbausteinen genauer beschrieben werden. Sie wird „Farbladung“ genannt. Diese Farbladung (color) spielt für die starkeWechsel- wirkung zwischen den Quarks eine ähnliche Rolle wie die elektrische Ladung für die elektrische Kraft zwi- schen den Elektronen. Der Name „Farbe“ hat hier nur eine symbolische Bedeutung. Keinesfalls sollte man sich irgendwie gefärbte Elementarteilchen vorstellen. Wir vergleichen: Elektrische Kraft • Das Photon bewirkt als Austauschteilchen die Kraft- wirkung zwischen den Elektronen. • Es gibt eine elektrische Ladung: – (und eine Antila- dung: +) • Eine positive und eine negative Ladung ergeben nach außen hin ein elektrisch neutrales Teilchen. • Teilchen und Antiteilchen haben entgegengesetzte Ladungen. Ihre Ladungen ergänzen sich zur Ladung null. • Das Photon ist masselos und trägt keine elektrische Ladung. Dies bewirkt: 22.7.3 Beispiel Farbneutrale Teilchen Starke Kraft • Acht Gluonen bewirken als Austauschteilchen die Kraftwirkung zwischen den Quarks. • Es gibt 3 Farbladungen: „rot”, „grün”, „blau“ (und 3 Antifarbladungen,„cyan”,„magenta“ und„gelb”) • Ein „rotes”, ein „blaues“ und ein „grünes“ Quarkteil- chen ergeben nach außen hin ein farbneutrales Ba- ryon. • Quark und Antiquark haben komplementäre Farb- ladung. Ihre Farben ergänzen sich zu einem farb- neutralen Teilchen. • Das Gluon ist masselos, trägt jedoch eine Farb- ladung (und eine Antiladung). Gluonen wechselwir- ken wegen ihrer Farbbildung auch untereinander. Dies bewirkt: + Abb. 77.1 Die elektrische Kraft nimmt mit zunehmendem Abstand zwischen den Ladungen ab (F proportional zu 1/r 2 ); die Feldliniendichte nimmt mit der Entfernung ab. Die Trennungsar- beit ist endlich. d u u u d d p n u d d u u d Abb. 77.2 links: Hadronen sind nur stabil, wenn sie nach außen hin farbneutral sind. Rechts: Mesonen bestehen aus einemQuark und einem Anti- quark, dessen Farbladung zur Farbe des Quarks komplementär ist; damit sind die Mesonen nach außen hin ebenfalls farbneu- tral. Messungen haben ergeben, dass über einen bestimmten Zeitraum hinweg die Quarks eines Mesons gleich oft rot, grün oder blau (und die Antiquarks gleich oft anti-rot, anti-grün und anti-blau) sind. u d Abb. 77.3 Die starke Kraft bleibt auch mit zunehmenden Abstand zwischen den Quarks konstant (F = const); die in der Abbildung dargestellten Feldlinien verlaufen parallel. Diese beschreiben die Wechselwirkung der Gluonen untereinander. Die Übergänge zwischen den Feldlinien deuten Farbumwandlungen zwischen den einzelnen Gluonen an. Die Trennungsarbeit ist unendlich. Quarks können nicht als einzelne Teilchen isoliert werden. + Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv