Quark-Kombinationen - die Hadronen

Die Quarks im Standard-Modell - Quark-Kombinationen - die Hadronen

Wir wissen, dass alle Teilchen, die aus Quarks aufgebaut sind, gleichzeitig diejenigen sind, die der starken Wechselwirkung unterliegen. Man nennt sie Hadronen. Aus diesem Grund spricht man anstelle von der starken auch von der hadronischen Wechselwirkung.

Man unterteilt die Hadronen in Mesonen und Baryonen.
Im wahrsten Sinne des Wortes "auf die Spur gekommen" ist man den Hadronen schon in den 30er Jahren durch Spuren, die Teilchen bei Zerfällen auf Photoplatten, in Nebel- oder Blasenkammern hinterließen.

Spuren in einer Waserstoff-Blasenkammer (Erzeugung und Zerfall eines D-Mesons)

Abbildung links:
CERN, Geneva

Das s/w-Foto rechts oben zeigt Erzeugung und Zerfall eines D-Mesons in einer Wasserstoff-Blasenkammer (CERN). Darunter ist die "Auflösung" der wichtigen Spuren dargestellt (vergleiche beide Abbildungen). Ausgelöst wird die Reaktion durch ein von unten kommendes, "spurloses" Neutrino, das mit einem Proton des Wasserstoffs reagiert:
n + p à m^- + p + D*. Das Müon m^- (ein Lepton!) und das Proton p fliegen nach oben davon. Das angeregte D-Meson D* zerfällt "sofort", d.h. ohne eine Spur zu hinterlassen:
D* à D⁰ + p⁺. Das Pion p⁺ fliegt auch nach rechts oben. Das D⁰ zerfällt

Spuren beteiligter Teilchen bei Erzeugung und Zerfall eines D-Mesons

wiederum sofort in ein K^- und ein p⁺, die nach rechts und links davonfliegen und noch weiter zerfallen.

Dieses Beispiel soll die oft umfangreichen Aufnahmen und Auswertungen solcher Spuren aufzeigen. Hadronen, vor allem leichte Pionen, entstehen bei solchen Reaktionen oft in großer Zahl, so dass sie schon relativ früh erkannt und aufgrund ihrer Ladung und ihres Impulses eingeordnet werden

konnten. Wir werden im Kapitel über die Wechselwirkungen solche Reaktionen noch genauer betrachten. Im Augenblick soll dieses Beispiel genügen.

Welche Hadronen sind für uns wichtig?

Alle Materie um uns herum besteht aus Atomen. Die Atome wiederum setzen sich "nur" aus Protonen, Neutronen und Elektronen zusammen. Neutronen (udd-Quarkkombination) und Protonen (uud-Quarkkombination) sind daher für uns sicher die wichtigsten Vertreter der Hadronen. Umso

erstaunlicher ist es, dass zum Aufbau aller Materie nur Quarks der Flavours up und down und das Elektron benötigt werden. Das heißt, dass uns im Prinzip die erste Generation von Elementarteilchen vollauf genügen würde!

Eine Tabellenübersicht über die wichtigsten und experimentell gesicherten Mesonen und Baryonen mit den

wichtigsten Daten, wie Symbol, Ladung, Quarkinhalt findet man auf diesen Seiten (Abbildungen unten anklicken):

Zwei kurze Kontrollfragen:

Warum bestehen wir genauso wie alle Materie nur aus Teilchen, die aus leichten Elementarteilchen der I. Generation zusammengesetzt sind? Überlege dir die Antwort und vergleiche sie mit der richtigen, die auf Knopfdruck im rechten Textfeld erscheint.	zu Frage 1:
Welche Quantenzahlen benutzt man zur Unterscheidung bzw. Klassifizierung von Teilchen? Spin s, z-Komponente des Spins S_z, elektr. Ladung Q Isospin I, z-Komponente des Isospins I₃, Hyperladung Y, Strangeness S Baryonenzahl B, Leptonenzahl L, Charm-Zahl c, Bottom-Zahl b	zu Frage 2: