BeLL Katrin Kröger endgültig - Desy

zwischen ihnen wird, desto stärker wird die zusammenhaltende Kraft. Als Analogie kann man sich
hier ein Gummiband 19 vorstellen: Anfänglich ist das Dehnen noch einfach, wird aber immer schwerer.
Irgendwann reißt das Gummiband. Bei dem Meson aber liegt der Sachverhalt anders: Ab einem
Abstand von einem Femtometer ist die in dem Feld gespeicherte Energie so groß, dass aus dieser
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nach E = m ⋅ c ein Quark-Antiquark-Paar entsteht, die sich mit dem vorliegenden Quark und
Antiquark zu zwei Mesonen verbinden. Die Trennung eines hier erzeugten Mesons würde wieder ein
Quark-Antiquark-Paar und somit zwei neue Mesonen erzeugen.
Quarks lassen sich also (bisher) nicht trennen, da ab gewissen Abständen weitere Quarkpaare
erzeugt werden. Sie sind in gewisser Weise gefangen, da sie nie allein frei sein können.
Rechnungen mit dem Feld der starken Wechselwirkung werden theoretisch durch die
Quantenchromodynamik abgedeckt. Allerdings sind die Rechnungen bisher nur bei geringen
Abständen erfolgreich. Gemeint sind damit z. B. Quarks im Inneren eines Protons. Sie sind so dicht
beieinander, dass die starke Wechselwirkung relativ schwach ist, die Quarks können sich fast frei
bewegen, dieser Zustand heißt „asymptotische Freiheit“. Anschaulich würde das bedeuten, dass die
Gummibänder ungedehnt sind und durchhängen. Wenn die Abstände und damit die Kraft größer
werden, versagt die Mathematik. Außerdem ist nicht klar, ob die Kraft unbegrenzt immer größer wird
oder ob es irgendwann einen Punkt gibt, an dem sie wieder schwächer wird. Wäre dem so, wäre es
nur eine Frage der Zeit und der verfügbaren Mittel, bis so leistungsfähige Beschleuniger gebaut
worden sind, die die ersten freien Quarks erzeugen.
An HERA am DESY wurde bestätigt, dass zwischen den Abständen 10 -16 m und 10 -18 m die Stärke der
starken Kraft immer weiter zunimmt.
Lediglich kurze Zeit nach dem Urknall bei der damals sehr großen
Energiedichte sollen freie Quarks existiert haben: Im Quark-
Gluon-Plasma (siehe Abb. 20) konnten Quark und Gluonen sich
ungebunden bewegen. Am LHC am CERN wird versucht, diesen
Zustand zu erzeugen, um ihn dann zu untersuchen.
Kernkraft
Lange Zeit galt die Kernkraft als Sorgenkind der Physiker, da sie sich nicht erklären konnten, warum
die positiv geladenen Protonen sich nicht abstoßen. Mit der starken Wechselwirkung ist aber eine
Erklärung gefunden worden:
„Die Kernkraft ist also eine Art Resteffekt der viel stärkeren Farbkraft zwischen Quarks und Gluonen.
Es gibt sie natürlich nur in einem Umkreis von etwa einem Femtometer. Bei größerer Entfernung
wirkt sie nicht, weil sich die farbgeladenen Teilchen gar nicht so weit von ihren Nukleonen entfernen
können. Diese Kernkraft ist aber immer noch sehr viel stärker als die elektrische Abstoßung, zum
Beispiel zwischen den elektrisch positiv geladenen Protonen.“ 20
19 Analogie nach Waloschek (1996): Besuch im Teilchenzoo, S. 178-179
20 zitiert nach Waloschek (1996): Besuch im Teilchenzoo, S. 194
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Abb. 20: Im Quark-Gluon Plasma existieren die
Quarks nicht mehr in gebundenen Zuständen,
sondern existieren frei.