Die starke Wechselwirkung - Nachweis der Gluonen
Da Gluonen untereinander
stark wechselwirken können, erwartet man auch bei ihnen den Effekt
des "Einschlusses", der bei
Quarks auftritt. Es ist offensichtlich nicht möglich,
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ungebundene einzelne Gluonen zu finden. Dies macht den experimentellen Nachweis der Existenz von Gluonen sehr schwierig.
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Eine Möglichkeit des Nachweises bietet die e+-e--Annihilation.
Bei genügend hoher Energie kann bei der Annihilation ein Quark-Antiquark-Paar
entstehen, wobei ein Quark ein Gluon (g) abstrahlen kann. Man nennt dies
auch Bremsstrahlung von Gluonen,
da der Prozess ähnlich dem der Bremsstrahlung (g-Quanten)
ist, die beim Abbremsen schneller Elektronen entsteht (z.B. Röntgen-Bremsstrahlung, siehe ).
Die
Teilchenreaktion lautet: e+
+ e-à
q + q + g
Sowohl Quark, Antiquark
als auch das Gluon sollten je einen Hadronen-Jet
verursachen. Sie selbst hinterlassen, da sich die Reaktion in dem für
die starke WW typischen Abstandsbereich von 10-15 m abspielt,
natürlich keine Spuren. Man erwartete also ein 3-Jet-Ereignis. Tatsächlich
entdeckte man 1979 am
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Grafik links: DESY, Hamburg
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DESY erstmals ein solches Ereignis aus 2 Quark-Jets
und einem Gluonen-Jet (siehe obige Abbildung). Aus Messungen der Winkelzusammenhänge
der drei Jets kann man den Spin des Gluons ermitteln. Man erhält,
wie im Rahmen des Standard-Modells für Austauschbosonen
erwartet, den Spin 1.
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10-mal häufiger als ein solches 3-Jet-Ereignis erhält
man ein 2-Jet-Ereignis (e+
+ e- à
q + q).
Es gibt auch die Möglichkeit, dass mehr als ein Gluon bei der Reaktion
entsteht, allerdings sind diese Ereignisse seltener.
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Ein 4-Jet-Ereignis wie
(e+
+ e-
à
q + q
+ g +g)
kommt etwa einmal unter 100 2-Jet-Ereignissen vor. (siehe dazu auch
und
).
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Damit beenden wir unseren Exkurs zur starken Wechselwirkung
und kehren zum gemeinsamen Pfad über die Wechselwirkungen zurück.
Vorher gibts aber noch ein kurzes Quiz zur starken Wechselwirkung .
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