Keuzecollege Hoge EnergieFysica Katholieke Universiteit ... - EHEF

KUN 9
TUE 7
leinden goed beschrijft. Het Lund string model gaat uit van de kleur fluxbuis tussen twee kleurladingen.
Als de kleurladingen uit elkaar vliegen wordt de snaar gespannen. Als de snaarspanning te groot
wordt breekt de snaar. Dit gebeurt in het algemeen door een quark-anti-quark paar te maken. We krijgen
dan twee snaren, maar elke snaar is korter en heeft dus een lagere energie. Dit gebeurt iteratief,
totdat de kinetische energie van de verschillende quarks en anti-quarks die uit elkaar bewegen te
klein is geworden om de snaren te breken. Op dat moment worden de quarks en anti-quarks die bij
elkaar liggen naar elkaar toegetrokken en vormen kleurneutrale hadronen. Vooral de quarks en antiquarks
die qua impuls dicht bij elkaar liggen combineren met elkaar. We zien nu over het algemeen
heel veel mesonen in de jets, maar ook nog een paar baryonen. De baryonen worden gemaakt doordat
soms de snaar niet opbreekt in een quark-anti-quark paar maar in een di-quark en een anti-diquark
paar. Een di-quark is een quasigebonden toestand van twee quarks (die uiteraard niet kleurneutraal
is.) Verder zien we dat er over het algemeen mesonen worden gevormd die uit up en down
quarks bestaan. Een fractie van de deeltjes bestaat uit vreemde hadronen, zowel vreemde mesonen
als vreemde baryonen, wat ons leert dat er ook strange quark-anti-quark paren en di-quarks met
strange onstaan bij het opbreken van de snaren. Omdat het strange quark zwaarder is dan de up en
down quarks komt dit minder vaak voor. Nog zwaardere quarks die we verderop zullen tegenkomen
worden in het hadronisatie proces vrijwel niet gemaakt.
4.8 Quarks en de elektrozwakke wisselwerking
We hadden al gezien dat we het proton en neutron in een doublet kunnen schrijven net als de leptonen.
Dit was geïnspireerd op het verval van het neutron naar een proton, electron en neutrino, in analogie
naar het verval van het muon. Vervolgens zijn we helemaal afgedreven en hebben het doublet
opgevat als een doublet in de sterke wisselwerking en daaruit het spectroscopische quarkmodel
opgebouwd. We komen nu toch weer terug op het zwakke verval van het neutron. Maar nu kijken we
er op het niveau van quarks naar. Dit verval is dan te beschrijven met een d quark dat in een u quark,
een electron en een neutrino vervalt. In analogie weer met het muon schrijven we nu het u en d quark
in een doublet van de zwakke wisselwerking:
. (4.67)
Maar nu zitten we het het s quark in onze maag !
Het s quark heeft qua lading dezelfde eigenschappen als het d quark. Uit symmetrie overwegingen
zou het mooi zijn als het strange quark in een doublet zou staan met een ander quark dat dezelfde
eigenschappen heeft als het up quark, maar mogelijk in massa verschilt. Nog voordat de structuur
van de zwakke wisselwerking helemaal duidelijk was kwamen Glashow, Illioupoulos en Maiani al
tot dezelfde conclusie, dat er een quark moest bestaan met dezelfde eigenschappen als het up quark,
maar dat het up quark de rol in het zwakke doublet met het s quark niet zelf kon spelen. Als dat wel
zo zou zijn zou in de theorie ook het verval waarin het s quark naar het d quark via een neutrale
stroom (foton of Z-boson uitwisseling). Neutrale stroomvervallen waarbij het strangeness quantumgetal
met één eenheid verandert worden in de praktijk niet waargenomen. Het vierde quark en de
naam ervoor, charm, waren al veel eerder door Bjorken en Glashow geïntroduceerd in 1964, maar op
een meer speculatieve manier.
Wel zijn er zwakke vervallen bekend van het s quark naar het u quark, zoals bijvoorbeeld
Λ → p + +π –
. Hoe dat kan, daar komen we later op terug.
u
d
1. Snaar in het Nederlands.
Collegedictaat Hoge Energiefysica 73