BeLL Katrin Kröger endgültig - Desy

„Build your own particle“
Mit ein paar Überlegungen und Berücksichtigen des Gesetzes, dass nur farbneutrale Teilchen mit
ganzzahliger Ladung frei existieren können, kann man sich selbst reale Quarkverbindungen herleiten.
Teilchen, die aus Quarks bestehen, heißen Hadronen.
Abbildung 17 bietet eine Übersicht von existierenden Verbindungen aus up- und down-Quarks.
Baryonen bestehen aus drei Quarks. Die bekanntesten Vertreter sind das Proton und das Neutron.
Das Proton ist aus zwei up-Quarks (zweimal die Ladung 2
+ ) und einem down-Quark (Ladung
3
1
− )
3
⎛ 2 ⎞ ⎛ 1 ⎞
zusammengesetzt, 2⋅ ⎜ + ⎟ + 1⋅⎜ − ⎟ = + 1.
⎝ 3 ⎠ ⎝ 3 ⎠
Beim Neutron führen ein up- und zwei down-
Quarks zur Gesamtladung 0.
Das Gleiche gilt natürlich auch für die
Kombinationen aus Antiquarks: Hierbei
entstehen Antibaryonen mit der betragsmäßig
gleichen Ladung, aber entgegengesetztem
Vorzeichen.
Die Farbe Weiß wird durch die jeweilige
Kombination aller Farben bzw. aller Antifarben
erreicht.
Baryonen sind immer Fermionen.
Mesonen bestehen aus einem Quark-
Antiquark Paar. Das Quark trägt eine bestimmte Farbe, das Antiquark die jeweilige Antifarbe. Sie
können elektrisch positiv, neutral oder negativ geladen sein.
Mesonen sind Bosonen, denn ihr Spin ist ganzzahlig.
Da Mesonen aus einem Quark und Antiquark bestehen, zerfallen sie meist sehr schnell.
Die leichtesten Mesonen sind die Pionen.
Die geladenen Pionen (up-Anti-down bzw. down-Anti-up) zerstrahlen nicht sofort, da sie aus einem
Quark und einem andersartigen Antiquark bestehen. Dafür ist zunächst eine Teilchenumwandlung
vonnöten, ehe die Annihilation folgen kann.
Eine Sonderstellung nimmt das neutrale Pion ein.
Beispiel: Aus einem up-Anti-up Pion wird ein Gluon, das aber sofort wieder in ein Pion, diesmal ein
down-Anti-down, umgewandelt wird. „Wenn man also ein neutrales Pion in Gedanken fotografiert,
wird es zu 50 Prozent in dem einen und zu 50 Prozent in dem zweiten Zustand erscheinen. In der
Quantentheorie kann man solche Mischzustände verstehen und beschreiben.“ 17
Wichtig ist noch die Einsicht, dass sich die Gesetze von Farbneutralität und ganzzahliger Ladung
gegenseitig ergänzen. Aus der Sicht der ganzzahligen Ladung spricht nichts dagegen, dass es eine
Verbindung aus zwei up-Quarks, einem down-Quark und einem Anti-up-Quark existiert. Jedoch kann
dieses Teilchen aufgrund der erforderlichen, aber nicht vorhandenen Farbneutralität nicht existieren.
17 zitiert nach Waloschek (1996): Besuch im Teilchenzoo, S. 191
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Abb. 17: Im oberen Teil sind die Baryonen, im unteren die Mesonen gezeigt.