Die starke Wechselwirkung -
Nachweis der Gluonen
Da Gluonen untereinander stark wechselwirken können, erwartet man auch bei ihnen den Effekt des "
Einschlusses ", der bei Quarks auftritt. Es ist offensichtlich
nicht möglich,
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ungebundene einzelne Gluonen zu finden. Dies macht den experimentellen Nachweis der Existenz von Gluonen sehr schwierig.
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Eine Möglichkeit des Nachweises bietet die e
+
-e
-
-
Annihilation. Bei genügend hoher Energie kann bei der Annihilation ein Quark-Antiquark-Paar entstehen, wobei ein Quark ein Gluon (g) abstrahlen kann. Man nennt dies auch
Bremsstrahlung von Gluonen, da der Prozess ähnlich dem der Bremsstrahlung (
g
-Quanten) ist, die beim Abbremsen schneller Elektronen entsteht (z.B. Röntgen-Bremsstrahlung, siehe
).
Die Teilchenreaktion lautet:
e
+
+ e
-
à
q +
q
+ g
Sowohl Quark, Antiquark als auch das Gluon sollten
je einen Hadronen-
Jet
verursachen. Sie selbst hinterlassen, da sich die Reaktion in dem für die starke WW typischen Abstandsbereich von 10
-15 m abspielt, natürlich keine Spuren. Man erwartete also ein 3-Jet-Ereignis. Tatsächlich entdeckte man 1979 am
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Grafik links:
DESY, Hamburg |
DESY erstmals ein solches Ereignis aus 2 Quark-Jets und einem Gluonen-Jet (siehe obige Abbildung). Aus Messungen der Winkelzusammenhänge der drei Jets kann man den Spin des Gluons ermitteln. Man erhält, wie im Rahmen des Standard-Modells für Austausch
bosonen erwartet, den Spin 1.
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10-mal häufiger als ein solches 3-Jet-Ereignis erhält man ein 2-Jet-Ereignis (
e
+
+ e
-
à
q +
q
). Es gibt auch die Möglichkeit, dass mehr als ein Gluon bei der Reaktion entsteht, allerdings sind diese Ereignisse seltener.
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Ein 4-Jet-Ereignis wie
(
e
+
+ e
-
à
q +
q
+ g +g
) kommt etwa einmal unter 100 2-Jet-Ereignissen vor. (siehe dazu auch
und
).
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Damit beenden wir unseren Exkurs zur starken Wechselwirkung und kehren zum gemeinsamen Pfad über die Wechselwirkungen zurück. Vorher gibts aber noch ein kurzes Quiz zur starken Wechselwirkung
.
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