Kernphysik

SS 2013, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Thomas Heinzel
Vorlesung: Kern- und Elementarteilchenphysik, inoffizielle Mitschrift
by: Christian Krause, Matr. 1956616 7 GRUNDLAGEN DER ELEMENTARTEILCHENPHYSIK
m p >> 2m u + m d ; m n >> 2m d + m u
Grund: Masse ergibt sich aus kinet. und potentieller Energie der Quarks im Proton-Quantentopf.
• Experimentelle Indizien: z.B. Streuung hochenerget. e − an p oder n ⇒ Formfaktor ≈ 3
Teilchen sind im nukleon enthalten.
• bis heute: Freie, einzelne Quarks wurden nicht beobachtet
• Wechselwirkung der Quarks: Farbladung und Gluonen. O. Greenberg (1964): ∃ 3 Farbladungen
mit gewissen Ähnlichkeiten zum Farbkreis → Farbladungen rgb
Postulat: Alle Teilchen, die aus Quarks aufgebaut werden können, haben die Farbladung weiß.
Farbladung
rot r
grün g
blau b
Antifarbe
r = cyan
g = magenta
b = gelb
⇒ ∃ zwei Möglichkeiten, Hadronen aufzubauen:
1. Aus 3 Quarks mit unterschiedlichen Farben, z.B. u r , u g , d b = p Baryonen r + g + b = weiß
2. Aus 1 Quark + 1 Antiquark: z.B. d r u r = π −
Häufig: Quarks werden mit ihrer Farbladung indiziert. Z.B. π + = 1 √
3
(u r r + u g d g + u b d b )
Pionen sind nicht elementar, zusammengesetzt aus Quarks.
→ Wie sieht die elementare WW aus?
Elementares Austauschteilchen: Gluon, Spin 1, Ruhemasse 0, trägt eine Farbladung und eine
Antifarbladung
Zur Skizze: (nicht hier im Skript)
1) Analog zu virtueller Comptonstreuung: d-Quark emittiert ein Gluon
2) d − d Paarbildung aus Gluon (Analog zur e − − e + -Paarbildung aus Photon)
Bem: ∃ 8 Gluonen. 6 farbige und zwei farblose.
rg, b, gb, gr, br, bg,
1
√ (rr − gg), 1 (rr + gg − 2bb)
2 2
Quark-Einschluss: Es gibt keine freien Quarks. V Quark−Quark steigt mit wachsendem Abstand r an.
Größenordung: e dV
dr ≈ 1GeV/fm
Vergrößert sich r → Feld-(=Gluonen-)Energie steigt über Vakuum-Polarisations-Schwelle: → Fliegen
zwei Quarks auseinander, bildet sich Quark-Antiquark Kette entlang Trajektorie: “Hadronen-Jet“.
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