Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

78 Mikrokosmos 22 Die starke Kraft zwischen den Quarks wird durch den Austausch von Gluonen erklärt. Sie übertragen Ener- gie, Impuls und Farbe zwischen den Quarks. Beispiel Aufbau des r – -Mesons u d u r u b r b d b d r u d = = Abb. 78.1 Quarks und Antiquarks tauschen Gluonen aus: Das r – -Meson besteht beispielsweise aus einem roten d-Quark und einem antiroten u-Antiquark. Das antirote (cyan) u- Antiquark wandelt sich in ein antiblaues (gelbes) u-Antiquark um. Das rote d-Quark wandelt sich in ein blaues d-Quark um – dabei wird ein rot-antiblaues Gluon ausgetauscht. Beispiel: Der b – -Zerfall im Quarkmodell Beim b – -Zerfall wandelt sich ein Neutron in ein Proton um, dabei muss ein d-Quark in ein u-Quark verwandelt werden: n p e e " o + +- uud udu W udu e e " " o + + + - - u d d u d u W e e — Abb. 78.2 Beim b – -Zerfall ändert ein d-Quark nicht seine Farbe, aber seinen Quarktyp und seine La- dung. Bei der Umwand- lung in ein u-Quark sendet es ein W – -Boson aus, das seinerseits in ein Elektron und in ein Elektron-Antineutrino zerfällt. Abb. 78.3 In der Übersicht ist die Vereinheitlichung der Kräfte dargestellt: Bei höher werdenden Energien lassen sich die Kräfte jeweils weiter vereinheitlichen. Während die Vereinheitlichung der elektrischen und magnetischen Kräfte zur elektromagnetischen Kraft noch von ein- zelnen Personen erforscht werden konnte (Maxwell, Hertz, Einstein), wurde die Vereinheitlichung zur elektroschwachen Kraft von einem großen Team von Forschern experimentell nachgewiesen (1983, CERN). Die weiteren Vereinheitlichungen zur Grand Unified Theory (GUT, sagt den Zerfall des Protons voraus) bzw. zur Theory Of Everything (TOE, zB Superstringtheorien) sind derzeit Spekulationen. Auch mit Hilfe kosmologi- scher Untersuchungen soll hier eine Antwort gefunden werden. 10 15 10 10 10 2 10 1 10 -9 10 5 10 19 Urknall Beschleuniger mit der Gesamtlänge von 1 Lichtjahr Kosmische Strahlen (selten) Proton-Antiproton-Collider (Fermilab, CERN) Positon-Elektron-Collider ( CERN, SLAC) Generator, Schwingkreis Vielfalt der Erscheinungen: Hadronen / Atomkere Leptonen / Atomhülle Photonen ... Leptonen und Quarks wandeln sich ineinander um magnetische Monopole el. magnet. schw. st. Grav. el.m. Kraft el. schw. WW. TOE Maschinen E / GeV Kräfte Konsequenzen GUT Proton-Proton-Collider (CERN: LHC) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv