Angeregte Zustände & Co. - Resonanzen  Wie erwähnt, können nicht nur Atome und Atomkerne angeregte Zustände annehmen, sondern auch Baryonen und Mesonen. Die ersten, die angeregte Atomzustände gezielt erzeugt und nachgewiesen haben, waren J. Franck und G. Hertz, die Elektronen auf Quecksilberatome schossen und diese durch die Stöße anregten. Kann man Baryonen, z.B. Protonen auch auf diese Weise anregen? Was passiert, wenn man hochenergetische Elektronen (z.B. E = 4879 MeV!) auf Protonen schießt bzw. an Protonen streut? Das Spektrum einer solchen Streuung von Elektronen an Protonen ist rechts abgebildet. Bei der Messung werden Impuls und Energie eines elastisch oder unelastisch gestreuten Elektrons registriert und die jeweilige Differenz zu den Werten vor der Streuung berechnet. Die Differenzen müssen als Impuls- und Energieübertrag an das Proton abgegeben worden sein. Der Energieübertrag führt zu einem "Massenzuwachs" des Protons. In der Abb. rechts ist die Häufigkeit dargestellt, mit der man die "neue Masse" findet. Sie wird aus Protonenmasse und dem Energieübertrag des gestreuten Elektrons errechnet.  Man beachte, dass die horizontale Achse bei 938 MeV/c2 beginnt und nach links ansteigend skaliert ist. Man erkennt bei 938 MeV/c2, 1232 MeV/c2 und 1520 MeV/c2 Maxima.  Das schmale Maximum bei 938 MeV/c2 wird durch die elastische Streuung der Elektronen an Protonen verursacht. Die Protonenmasse beträgt 938 MeV/c2. Die "neue Masse" des Protons ist daher gleich seiner Masse vorher, also 938 MeV/c2. Das schmale Maximum ist hier 15-fach verkleinert dargestellt, um die Abbildung übersichtlich zu gestalten.   Das zweite und dritte breitere Maximum bei 1232 MeV/c2 und 1520 MeV/c2 bedeutet, dass auch besonders häufig Teilchen der Masse 1232 MeV/c2 und 1520 MeV/c2 produziert wurden, die bei unelastischer Streuung entstehen.  Die Interpretation dieses Ergebnisses ist, dass die Nukleonen einen angeregten Zustand mit den Massen 1232 MeV/c2 und 1520 MeV/c2 besitzen, die sogenannte Delta-Resonanz D(1232) (oder Delta-Anregung), und die D13(1520)- Resonanz.  Angeregte Zustände von Protonen und Neutronen (Nukleonen) nennt man aufgrund des "Resonanz-Berges", durch den sie sich in einer entsprechenden Messauswertung verraten, Nukleonenresonanzen. Analog dazu spricht man, wenn man angeregte Zustände von Baryonen und Mesonen meint, von Baryonen- und Mesonenresonanzen oder ganz allgemein nur von Resonanzen. (siehe dazu auch  )  Anmerkungen: Im Prinzip könnte man den angeregten Zustand eines Quecksilberatoms auch "Atom-Resonanz" nennen. Allerdings wird dieser angeregte Zustand nicht wie bei den Nukleonenresonanzen als eigenes Teilchen interpretiert, sondern eben nur als angeregter Zustand des Quecksilberatoms bezeichnet. Anderseits könnte man bei der D(1232)-Resonanz auch nur von einem angeregten Zustands eines Nukleons (hier das Proton) sprechen, anstatt ein neues Teilchen einzuführen. Der Unterschied in der Interpretation der beiden angeregten Zustände wird vor allem durch die extrem unterschiedlichen Größenordnungen der Energien bzw. Massen verursacht. Ein Vergleich der Ruhemassen der jeweiligen Grundzustände und angeregten Zustände macht den Unterschied deutlich: Die Differenz der Massen von Proton und D13(1520) beträgt (1520 - 938) MeV/c2 = 582 MeV/c2. Das entspricht einem relativen Massenzuwachs von 582/938 = 62 %. Der Massenzuwachs liegt in der gleichen Größenordnung wie die Ruhemasse! Die Differenz von Grundzustand und angeregtem Zustand des Quecksilberatoms beträgt im Vergleich dazu "lächerliche" 4,85 eV/c2. Um den relativen Massenzuwachs des Quecksilberatoms berechnen zu können, schätzen wir seine Ruhemasse ab. Das Quecksilberatom besteht aus 120 Neutronen und 80 Protonen (die 80 Elektronen rechnen wir mal nicht mit, weil sie wesentlich leichter sind). Die Ruhemasse beträgt - Protonen und Neutronen sind in etwa gleich schwer: 200 . 938 MeV/c2 » 188 GeV/c2  Das "»"-Zeichen muss hier stehen, weil die Bindungsenergie im Atomkern diesen Wert noch etwas verändert.  Der relative Massenzuwachs beträgt folglich: 4,85/188.109 = 0,000 000 002 6 % Der Massenzuwachs ist gegenüber der Ruhemasse vernachlässigbar klein. Zusammenfassend kann man sagen, dass, wenn der Energiezuwachs durch Anregung klein im Verhältnis zur Ruhemasse bzw. Ruheenergie des Grundzustands ist, man immer noch vom gleichen "Teilchen" spricht, das sich nur in einem angeregten Zustand befindet. Dies ist z.B. bei Atomen, wie dem Quecksilberatom, und schweren Atomkernen der Fall.  Liegt hingegen der Energiegewinn in der Größenordnung der Ruhemasse bzw. Ruheenergie des ursprünglichen Teilchens, so interpretiert man den angeregten Zustand als neues Teilchen. Dies ist z.B. im Bereich einzelner Hadronen, wie den Protonen, der Fall. (siehe dazu  )