Das Confinement der Quarks

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Das Confinement der Quarks
Abstract zum Seminarvortrag von Luise Adams
Dieser Vortrag beschäftigt sich mit dem Phänomen des Confinement (engl. Gefängnis“), das
”
darin besteht, dass Quarks (und Gluonen) nicht als einzelne Teilchen beobachtbar sind.
Es wird zunächst eine kurze Einführung in die Quantenchromodynamik (QCD) gegeben, die die
starke Wechselwirkung und die Dynamik von Systemen aus Quarks und Gluonen beschreibt. Dabei wird die Quarkhypothese eingeführt, die erklärt, dass Hadronen aus elementaren fermionischen
Konstituenten drittelzahliger Ladung bestehen (den Quarks). Anschließend wird noch kurz auf die
Farbhypothese eingegangen, die beschreibt, dass die Quarks einen zusätzlichen Freiheitsgrad, die
Quantenzahl Farbe, besitzen, die die Gültigkeit des Pauli-Prinzips angesichts von Baryonen erhält,
die aus drei Quarks gleichen Flavours aufgebaut sind. Auch der eichtheoretische Charakter der
QCD mit der Symmetrie unter lokaler Farbtransformation wird näher erläutert.
Es wird gezeigt, dass das Confinement aufgrund der asymptotischen Freiheit der QCD nicht pertubativ behandelt werden kann und im Folgenden steht die zentrale Frage, ob das Confinement
eine Konsequenz der QCD ist.
Diese Frage wird als Anstoß für die Gitterfeldtheorie genommen, die anschließend in ihren grundlegenden Ideen der Quantisierung der Raumzeit erläutert wird. Dabei wird am Schluss erklärt, wie
man mithilfe dieser Gitterfeld-Regularisierung das Potential eines Quark-Antiquark-Paares berechnen kann und inwiefern das Confinement daraus folgt.
Von zentraler Bedeutung ist dabei der sog. Wilson-Loop, eine Schleife im Gitter, deren Erwartungswert gerade dieses Potential beschreibt. Dieser Erwartungswert wird im Vortrag explizit berechnet
und man erhält tatsächlich einen mit dem Abstand r zwischen den Quarks linear anwachsenden
Anteil des Potentials, mithilfe dem man das Confinement erklären kann. Da nämlich das Potential
mit dem Abstand anwächst, wird die Energie und damit die Kraft, die notwendig ist, diese beiden Quarks zu trennen, immer größer, sodass diese im Verband bleiben und eher noch durch das
Phänomen des string breaking“ ein neues Mesonenpaar bilden, sobald die Quarks einen Abstand
”
(und damit Grenzenergie) überschreiten.
Luise Adams