Was ist die starke Wechselwirkung?

Die starke Wechselwirkung ist eine Wechselwirkung, an der alle Teilchen teilnehmen, die eine sogenannte Farbladung tragen. Diese Wechselwirkung findet über eine Sorte von Austauschteilchen statt, die Gluonen. Über die Gluonen lassen sich jedoch alle Phänomene der starken Wechselwirkung richtig beschreiben. Sie sind selber Träger der Farbladung, können daher mit sich selber wechselwirken. Gluonen haben immer eine Farbe und eine Antifarbe. Dies hängt mit ihrer Eigenschaft als Austauschteilchen der starken Wechselwirkung zusammen. Näheres wird dazu bei der Kraftwirkung der starken Wechselwirkung weiter unten erklärt werden.
Gluonen haben eine so kurze Reichweite, daß man von der starken Wechselwirkung im Alltag nichts merken kann.

Was ist die Farbladung?

Die Farbladung ist die "Ladung" der starken Kraft.

Es gibt drei Farbladungen: rot, grün, blau. Die Träger dieser Farbladungen sind die Quarks und die Gluonen. Die Farbladungen werden meist einfach Farben genannt.

Es gibt auch drei Antifarben: antirot (cyan), antigrün (magenta), antiblau (gelb). Hierbei sind die Antiquarks und die Gluonen die Ladungsträger.

Die Antifarben sind die Komplementärfarben der jeweiligen Farben.
Dies hat einen besonderen Grund: Alle Quarkkombinationen, die möglich sind, sind weiß.

Was noch wichtig ist, ist die Tatsache, daß man, wenn man zwei Down-Quarks unterschiedlicher Farben hat, man nicht unterscheiden kann, welches Quark welche Farbe hat. Daher sind die Kombinationen zweier Down-Quarks der Farben blau und rot, (rot,blau) und (blau, rot), nicht unterscheidbar und ergeben zusammen nur eine Möglichkeit.

1.) Hat man also Kombinationen aus drei Quarks (sogenannte Baryonen, näheres dazu auf den Seiten zum Standardmodell), so hat jedes Quark eine andere Farbe. Alle drei Farben ergeben zusammen - genauso wie in der Farbenlehre - weiß.
Als Beispiel hierzu das Neutron:

Hier hat man eine mögliche Quarkkombination.
Nun kannst Du Dir ja mal überlegen, wieviele Kombinationen es gibt!

2.) Analog gilt für die Kombination von drei Antiquarks: jedes Antiquark hat eine andere Antifarbe, alle drei ergeben - wieder wie in der Farbenlehre - zusammen weiß.
Als Beispiel betrachten wir nun das Antineutron, bestehend aus den Antiquarks mit den Antifarben:

3.) Hat man Kombinationen aus zwei Quarks (sogenannte Mesonen, näheres dazu auch auf den Seiten zum Standardmodell), so können diese nur aus einem Quark und einem Antiquark bestehen. Dabei hat das Quark eine bestimmte Farbe und das Antiquark die entsprechende Antifarbe, so daß beide Farben zusammen wieder weiß ergeben. Als Beispiel hierzu kann man das sogenannte p - Menson heranziehen, daß aus einem Up-Quark und einem Anti-Down-Quark besteht.

Wieviele Farbkombinationen hat man bei Mesonen, also Zweierkombinationen von Quarks?

Was geschieht bei der starken Wechselwirkung?

Die starke Wechselwirkung äußert sich auf zwei Weisen:

1.) Als fundamentale Farbkraft, die die Quarks aneinander bindet und durch Gluonen vermittelt wird.
2.) Sie ist verantwortlich für die Wechselwirkung zwischen farbneutralen Objekten (z.B. die Nukleonen des Atomkerns), die durch Mesonen vermittelt werden.
Erklärung: ein Teil der Kräfte im Innern der Nukleonen ist nicht gesättigt und reicht aus den Nukleonen heraus. Das äußert sich dann also sogenannte Kernkraft, die die Atomkerne zusammen hält. Konkret bedeutet dies, daß nebeneinander stehende Nukleonen Mesonen austauschen, wodurch dann die Bindung der Nukleonen aneinander entsteht.

Was passiert bei den drei Wechselwirkungeigenschaften der starken Kraft?

1.) Kraft:	Sie wirkt zwischen den Quarks durch den Austausch von Gluonen g. Durch den ständigen Austausch der Gluonen erhält man die Kraftwirkung. Wie dieser Austausch im Einzelnen von statten geht, kann man sich am besten an einem Beispiel vorstellen: Man hat ein Neutron, dessen Quarks alle jeweils eine Farbe haben: u(grün), d(rot), d(blau). Nun strahlt das rote d-Quark ein Gluon ab und wird zu einem grünen d-Quark. Damit muß das Gluon die Farbe rot und antigrün=magenta mitnehmen: g(rot/antigrün). Durch diese Farbkombination wird das Gluon von dem grünen u-Quark aufgenommen, und dieses wandelt sich zu einem roten u-Quark: u(rot). Man hat also am Ende immer noch ein Neutron, nur hat man eine andere Farbverteilung bei den Quarks: u(rot), d(grün), d(blau). Man sieht also, daß sich die einzelnen Quarks nicht verändert haben, nur ihre Farben. Durch diesen ständigen Gluonenaustausch werden die Quarks zu einem Neutron oder Proton gebunden. Was hierbei jedoch wichtig ist, ist die Tatsache, daß der Gluonenaustausch so schnell abläuft, daß es innerhalb des Neutrons nicht gleichzeitig zwei grüne Quarks gibt.
2.) Zerfall:	Es kann passieren, daß sich ein Quark und ein Antiquark in einer Paarvernichtung zu einem Gluon vernichten. Dabei nimmt das Gluon die Farbe des Quarks und die Antifarbe des Antiquarks auf.
3.) Produktion:	Die Produktion, die sogenannte Paarerzeugung, die ähnlich ist zur Paarerzeugung der elekromagnetischen Wechselwirkung, ist der umgedrehte Prozeß zum Zerfall: Aus einem Gluon entstehen ein Quark und ein Antiquark. Quark und Antiquark erhalten hierbei die Farbe und Antifarbe des Gluons.

Natürlich kann es auch eine Kombination von Zerfall und Produktion geben: Ein Quark und ein Antiquark werden zu einem Gluon und danach wieder zu einem Quark und Antiquark.
Interessant ist noch die Tatsache, daß die starke Kraft mit dem Abstand zwischen zwei Quarks immer größer wird. Versucht man also eine Zweierkombination aus Quark und Antiquark zu trennen, damit man ein Quark alleine beobachten kann, so "zerreißt" das Gluon, und es bilden sich zwei Quark-Antiquark-Paare. Diese Anschauung macht auch deutlich, daß man Quarks, Antiquarks und Gluonen nie alleine beobachten kann, was auch noch nie geschehen ist.

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