Feynman-Diagramme
und Feynman-Kalkül -
Schwache Wechselwirkung
und Quarks
An
einem
leptonischen
schwachen Vertex befinden sich immer nur
Leptonen einer
Generation
(e und
n
e
,
t
und
n
t
,
m
und
n
m
).
Das heißt, dass dort die Elektron-, Tauon- und Myonzahl
erhalten
bleibt.
Da Quarks nur die Ladungen -1/3 (d, s, b) oder +2/3 (u, c, t) tragen, beim
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Austausch eines
W
-
oder
W
+
aber eine
ganze Elementarladung abgegeben
oder aufgenommen werden muss, ändern Quarks an einem
hadronischen
geladenen
schwachen Vertex ihren
Flavour
(u, d, s...; siehe Abbildung rechts)! Bei
neutralen schwachen Vertices
bleibt ihr Flavour erhalten.
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Der
Quark-Flavour bleibt bei
geladenen
schwachen Wechselwirkungsprozessen
nicht erhalten
!
Es gibt nun auch hier eine Vielzahl von Prozessen, die eng miteinander verwandt
sind; dies wird durch die Darstellung mit Feynman-Diagrammen deutlich.
Ein
besonders beeindruckendes
Beispiel für die "Verwandtschaft" von Prozessen zeigt der Vergleich (siehe Abbildung rechts) der Feynman-Diagramme
einer
Neutrino-Streuung am Proton
(links)
und dem des
Beta-Zerfalls des Neutrons
(rechts). Auf folgende Punkte ist dabei besonders
zu achten:
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In beiden Fällen ist ein Elektron-Antineutrino (
n
e
) beteiligt. Einmal in Verbindung mit einem Elektron und einmal mit einem
Positron.
Beim Beta-Zerfall des Neutrons (
n
) verwandelt sich nur ein down-Quark des Neutrons in ein up-Quark. Die beiden anderen Quarks des Neutrons (d und n) sind zwar unbeteiligt, aber wegen der Einschlusseigenschaft der Quarks "anwesend". Man spricht hier von sogenannten
Zuschauer-Quarks
(engl. spectator-quarks). Sie sind an keinen Vertex gebunden.
Im linken Diagramm wird ein up-Quark (u, Ladung 2/3) zu einem down-Quark (d, Ladung -1/3) im rechten Diagramm umgekehrt. dementsprechend muss einmal
die elektrische Ladung +1 (über
W
+
)
und einmal -1 (über
W
-
)
"weggetragen" werden.
Flavouränderung der Quarks findet
meist
innerhalb einer Generation, also z.B. u
à
d
oder d
à
u,
statt.
In selteneren Fällen finden auch "generationsübergreifende" Prozesse
statt. Ein Beispiel dafür ist der
Zerfall des
L
-Baryons
.
Dabei wandelt sich ein s-Quark in einen u-Quark unter Abgabe eines
W
-
um:
L
à
p
+
p
-
in
der Quarkzusammensetzung sieht der Prozess folgendermaßen aus:
sdu
à
udu
+
d
Die
Abbildung rechts zeigt das zugehörige Feynman-Diagramm.
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Wir gehen an anderer Stelle noch genauer auf generationsübergreifende
Prozesse ein.
(siehe
auch
,
,
)
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Gegenüber
den
geladenen
schwachen Vertices bleibt bei
neutralen schwachen Vertices der Flavour der Quarks (q) erhalten. Der fundamentale neutrale
Vertex ist rechts außen abgebildet.
Das
Bild links daneben zeigt einen
Neutrino-Streuprozess, ein Beispiel für
einen
semileptonischen neutralen
schwachen Prozesses.
Ein Myon-Neutrino (
n
m
) wird an einem Proton gestreut. Zwei Quarks des Protons (p = uud) sind wieder
nur "
Zuschauer
".
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Verständnisfrage:
Welche
Art von Wechselwirkungsprozess ist in dem Feynman-Diagrammm dargestellt?
Richtig? Dann weiter zur nächsten Seite, dort wird kurz das Wichtigste der
letzten Seiten zusammengefasst.
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