Elementarteilchenphysik - Desy

6 Einführung
Teilchen Masse Lebensdauer Lτ Lµ Le L Ladung
[MeV/c 2 ] [s] Leptonenzahl
Elektron e − 0.511 stabil 0 0 1 1 -1
e-Neutrino νe < 0.000 001 - 0 0 1 1 0
Myon µ − 105.66 2.197 × 10 −6 0 1 0 1 -1
µ-Neutrino νµ < 0.17 - 0 1 0 1 0
Tau τ − 1 777.0 2.90 × 10 −13 1 0 0 1 -1
τ-Neutrino νe < 18.2 - 1 0 0 1 0
Antiteilchen
Positron e + 0.511 stabil 0 0 -1 -1 1
Anti-e-Neutrino ¯νe < 0.000 001 - 0 0 -1 -1 0
Myon µ + 105.66 2.197 × 10 −6 0 -1 0 -1 1
Anti-µ-Neutrino ¯νµ < 0.17 - 0 -1 0 -1 0
Tau τ + 1 777.0 2.90 × 10 −13 -1 0 0 -1 1
Anti-τ-Neutrino ¯νe < 18.2 - -1 0 0 -1 0
1.1.6 Hadronen, Quarks
Tabelle 1.1: Einige Eigenschaften von Leptonen.
Bisher haben wir Leptonen erwähnt: e ± , ν, νe, . . . . Diese Teilchen sind dadurch charakterisiert,
daß sie nicht an der starken Wechselwirkung teilnehmen.
Teilchen mit starker Wechselwirkung nennt man Hadronen, es gibt zwei große Klassen:
1. Baryonen: Die leichtesten Baryonen sind Proton und Neutron. Alle Baryonen - bis auf
das Proton - sind instabil und zerfallen, wobei zum Schluß immer ein Proton entsteht. Es
gilt ein Erhaltungssatz für die Baryonenzahl. Baryonen sind auch Fermionen, haben also
halbzahligen Spin. Das Proton hat Spin 1
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, es gibt aber auch Baryonen mit Spin , z.B.
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das ∆.
2. Mesonen: das leichteste Meson ist das Pion: π + , π− , π0 . Für Mesonen gilt kein spezieller
Erhaltungssatz, sie können beliebig erzeugt werden und zerfallen, natürlich unter Beachtung
der anderen Erhaltungssätze. Mesonen haben ganzzahligen Spin, das leichteste
Meson ist das Pion. Es gibt drei Ladungszust ´ ’ande π + , π− , π0 , und es hat z.B. Spin 0. Ein
weiteres berühmtes Meson, das J/ψ hat Spin 1.
Hadronen sind aus Quarks aufgebaut: Baryonen aus drei Quarks, Mesonen aus Quark und
Antiquark.
Messungen der Zerfallsbreite des Z0 am LEP-Speicherring zeigen, daß die Zahl der ”leichten”
Neutrinos gleich drei ist. Experimente zum Nachweis der von der Sonne emittierten Neutrinos
und der in der Atmosphäre erzeugten Neutrinos geben Hinweise auf eine von Null verschiedene
Ruhemasse der Neutrinos (Neutrinooszillationen)
1.1.7 Baryonenzahl
Warum ist das Proton stabil? Experimente zeigen, daß die Lebensdauer des Protons τp > 10 31
Jahre ist (das Alter des Universums ist ≈ 10 10 Jahre).
Dies führt auf die Einführung einer Baryonenzahl B, die offenbar sehr gut erhalten ist. Man
ordnet p und n die Baryonenzahl B = +1 zu, und den Antiteilchen ¯p und ¯n die Baryonenzahl