Die starke Wechselwirkung -
Farbnachweis bei Gluonen
Woher
stammt die Idee der
Farbladung ?
1964 wurde aufgrund
der theoretischen Vorhersage von Murray Gell-Mann das
W
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-Baryon
gefunden. Es besitzt die Quarkzusammensetzung
sss. Die Zusammensetzung aus drei scheinbar gleichen Quarks warf ein Problem auf, denn die drei s-Quarks unterliegen als
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Fermionen
dem
Pauli-Prinzip. Leider stimmten sie aber in allen Quantenzahlen überein, so dass sie diese Regel zu verletzen schienen. Die Lösung für dieses Dilemma war die Einführung einer zusätzlichen Quantenzahl zur Unterscheidung der Quarks, die sogenannte Farbladung, die "Ladung" der starken Kraft.
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Wie kann man experimentell nachweisen, dass auch Gluonen Farbladung tragen?
Das Prinzip der Klärung dieser Frage beruht darauf, dass genau dann, wenn sie Farbladung tragen, sie auch untereinander stark wechselwirken können und müssen. Man nennt die Wechselwirkung der Gluonen untereinander
Gluon-Gluon-Kopplung.
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Man vergleicht Ergebnisse von Rechnungen der
QCD
ohne
und
mit
Berücksichtigung der Gluon-Gluon- Kopplung (g-g-Koppl.) mit experimentellen Ergebnissen von Messungen. Entspricht
das experimentelle Ergebnis dem theoretischen
mit Berücksichtigung der g-g-Kopplung, so wäre dies ein starker Hinweis
dafür, dass die Gluonen Farbe tragen.
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Beispiel:
Innerhalb der QCD lässt sich berechnen, welche Häufigkeitsverteilung Sekundärteilchen mit großem Impuls quer zur ursprünglichen Flugrichtung nach Proton-Antiproton-Kollisionen haben. Man stellt sich dabei vor, dass die in den kollidierenden Protonen und Antiprotonen enthaltenen Quarks und Gluonen zusammenstoßen (siehe symbolische Abbildung rechts). Beim Vergleich der gemessenen
Häufigkeitsverteilung
mit der berechneten stellt man fest,
dass
Experiment und QCD
unter Berücksichtigung
der g-g-Kopplung
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über 6 (!) Zehnerpotenzen hinweg
übereinstimmen.
Lässt man bei der Rechnung die g-g-Kopplung
weg, so ergibt sich ein
großer
Unterschied. Dies und andere neuere Experimente zeigen klar,
dass Gluonen Farbladung tragen. (siehe dazu auch
).
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