Matthias Böcker - Experimentelle Teilchenphysik - Universität Siegen

2 EinleitungTabelle 1.1:Die FermionenQuarksLeptonenGenerationschwacher Isospin1 2 3 Ladung [e] Farbe linkshdg. rechtshdg.u c t +2/3 r,g,b 1/2 0d s b −1/3 r,g,b 1/2 0ν e ν µ ν τ 0 - 1/2 -e µ τ −1 - 1/2 0in der Quantenchromodynamik (QCD) [Gro73, Pol73] – durch insgesamt acht Gluonen.Zu jeder dieser drei Wechselwirkungen gehört eine Ladung: die elektrischeLadung zur elektromagnetischen Wechselwirkung, die schwache Ladung zur schwachenWechselwirkung und die Farbladung zur starken Wechselwirkung. Die elektromagnetischeund die schwache Wechselwirkung können als zwei Aspekte einer einheitlichenWechselwirkung, der elektroschwachen Wechselwirkung, aufgefasst werden[Gla61, Sal68, Wei67, tH72]. Durch Einführung einer neuen Quantenzahl, demschwachen Isospin I, kann der Formalismus der elektroschwachen Wechselwirkung elegantformuliert werden. Linkshändige Quarks und Leptonen bilden hier jeweils einDuplett von Fermionen, die sich durch Emission bzw. Absorption von W-Bosonen ineinanderumwandeln können. Sie tragen den schwachen Isospin I = 1/2 mit der drittenKomponente I 3 = ±1/2. Im Standardmodell existiert zu jedem Fermion ein Antifermionmit gleicher Masse, aber entgegengesetzter elektrischer Ladung, Farbe und dritterKomponente des schwachen Isospins.Das Standardmodell ist eine lokale Eichtheorie, in der Symmetrien und die dazugehörigen(Eich-)Transformationen eine große Rolle spielen. Die Mathematikerin EmmyNoether bewies im Jahr 1917, dass zu jeder Eichtransformation eine Erhaltungsgrößegehört. Umgekehrt gehört zu jeder Erhaltungsgröße eine Symmetrie und diedazugehörige Transformation. Eine solche Erhaltungsgröße ist zum Beispiel die Energie,deren Erhaltung auf die zeitliche Unabhängigkeit physikalischer Gesetze zurück zuführen ist. Hier hat der Zeitpunkt der Durchführung eines Experimentes keinen Einflussauf das Ergebnis, es ist invariant gegenüber zeitlicher Translation. Diese Zeittranslationist eine kontinuierliche Transformation. Im Standardmodell gibt es auch diskreteTransformationen:• Die P-Transformation (Parity, englisch für: Parität): Hier werden die physikalischenVorgänge in einer Spiegelwelt betrachtet, die Vorgänge also am Ursprungdes jeweiligen Koordinatensystems gespiegelt.• Die T-Transformation (Time Reversal): Hier wird die Zeitrichtung umgekehrt.