Starke Wechselwirkung
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Quark-Confinement und die Eigenschaften der Starken Wechselwirkung Quarks und Gluonen 3*6 Quarks + 3*6 Antiquarks + 8 Gluonen Die Gluonen („Leimteilchen“) vermitteln im Rahmen der Quantenchromodynamik die Kräfte zwischen Farbladungen, d.h. sie „kleben“ die Quarks in den Hadronen zusammen. Eigenschaften der Gluonen g • • • • • • Besitzen keine elektrische Ladung (q=0) Besitzen (theoretisch) wie die Photonen keine Ruhemasse Es handelt sich um Spin 1 – Teilchen (d.h. Bosonen) mit negativer Parität Gluonen tragen jeweils eine Farbladung und eine Antifarbladung (6x) + 2 Mischzustände Es gibt 8 Gluonen Gluonen können untereinander selbst wechselwirken (Unterschied zum Photon!) Entdeckung 1978 (DESY) 3 Hadronen-Jet Starke Wechselwirkung In der Quantentheorie werden Kräfte durch Austauschprozesse von bestimmten Teilchen, den Austauschbosonen, beschrieben. Das Austauschteilchen der elektromagnetischen Wechselwirkung ist das Photon, der Schwerkraft das Graviton, der Schwachen Wechselwirkung die drei intermediären Bosonen und bei der Starken Wechselwirkung die 8 Gluonen. Elektronenstreuung als typisches Beispiel einer elektromagnetischen Wechselwirkung Starke Wechselwirkung durch Gluonenaustausch Während die elektromagnetische Wechselwirkung mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt (1/r – Potential) , nimmt die Anziehungskraft zwischen Farbladungen mit der Entfernung zu – vergleichbar mit einer Zugfeder... Da Gluonen selbst Farbladungen tragen, können sie (im Gegensatz zum Photon) selbst untereinander wechselwirken Elektrisches Feld Farbfeld F~ 100000 N Asymptotische Freiheit Durchmesser Proton: 0.84 fm ( 10−15 m ) Heisenbergsche Unschärferelation: ℎ ∆𝑝 ≈ ∆𝑥 Die Quarks müssen in den Hadronen sehr große Impulse (=relat. Geschwindigkeiten) und damit sehr hohe (kin.) Energien haben. Deshalb „fühlen“ sie innerhalb der Hadronen kaum etwas von der starken WW. Die „Stärke“ der Wechselwirkung (ausgedrückt durch die Kopplungskonstante) nimmt mit steigender Energie ab... Gummiring-Modell Quark - Confinement Versucht man (z.B. bei einem Meson) die beiden Quarks zu trennen, dann „spannt sich das Gummiband“ zwischen Ihnen und die darin gespeicherte Energie nimmt mit immer größer werdenden Abstand immer mehr zu – bis das „Gummiband reißt“, wobei sich dessen Energie in zwei neue Quarks „materialisiert“ . Aus einem Meson sind zwei Mesonen entstanden... Diese Spezifik der Starken Wechselwirkung führt dazu, daß man in der Natur niemals freie Farbladungen beobachten kann. „Zerreißendes Meson...“ Entstehung der Starken Kernkraft • Die „Starke Wechselwirkung“ bindet die Quarks in den Hadronen (Austauschteilchen „Gluonen“, Quantenchromodynamik) • Die „Starke Kernkraft“ bindet die Nukleonen in einem Atomkern (Austauschteilchen „Pi – Mesonen“, Yukawa - Theorie) Yukawa - Theorie
