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Die
Quarks im Standard-Modell - Valenzquarks und
Seequarks
Wir
haben bisher von Nukleonen als eine Kombination aus drei Quarks gesprochen.
Das ist nur zum Teil richtig.
Die
drei Quarks, beim Proton z.B. zwei u- und ein d-Quark, bestimmen mit ihrer
Masse, Ladung und anderen Quantenzahlen die statische Struktur, die spektroskopischen
Eigenschaften
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(Energieniveaus angeregter Zustände) und die Quantenzahlen
der Nukleonen. Da sie damit die wichtigsten Eigenschaften der Nukleonen
festlegen, nennt man sie die Valenzquarks (in Anlehnung an die Valenzelektronen,
die die wesentlichen Eigenschaften von Atomen bestimmen).
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Nukleonen enthalten aber zusätzlich virtuelle Quark-Antiquark-Paare,
die aus Gluonen der starken Wechselwirkung zwischen den drei Valenzquarks
erzeugt werden und sich, ähnlich wie bei der e+-e--Annihilation,
wieder vernichten. Man stellt sich z.B. das Proton als "See" (im Sinne von Meer)
aus virtuellen Quark-Antiquarks
vor, in dem sich die drei Valenzquarks
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als feste Objekte befinden. Aus
dieser Vorstellung heraus bezeichnet man die virtuellen Quarks und Antiquarks
als Seequarks. Ihre
Quantenzahlen geben in der Summe Null, so dass sie auf die "äußeren"
Eigenschaften des Nukleons keinen Einfluss haben. Ihre Anwesenheit hingegen
führt bei tief unelastischer Elektron-Proton-Streuung zu messbaren
Effekten.
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Beispiel:
Benutzt
man einen Protonenstrahl mit bestimmter Strahlenergie, z.B. 270 GeV, so
würde man erwarten, dass davon je 1/3, also 90 GeV, auf jedes enthaltene
Valenzquark entfallen. Die Analyse von Messungen
zeigt, dass nur etwa 30-50% Strahlenergie auf Valenzquarks entfällt und
zu hohen Schwerpunktsenergien führt. Den restlichen Impuls nehmen
die Seequarks und die virtuellen Gluonen im Proton in Anspruch.
Folgende Abbildung stellt die heutige
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Vorstellung vom "Innenleben" eines Protons anschaulich dar:
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Grafik: Phys. Institut, Universität Erlangen
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 Im
Folgenden sind, wenn die Rede von Quarks in Baryonen oder Mesonen
ist, immer die Valenzquarks gemeint, da ihre Eigenschaften für
die beobachteten Eigenschaften der
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Hadronen verantwortlich sind. Wir beenden hier unsere
"Quark-Tour" und gehen wieder zum gemeinsamen Pfad zurück.
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