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Gluon

Über den Austausch von Wechselwirkungsteilchen mit Namen Gluon kommt die Starke Kraft zustande, d.h. stark wechselwirkende Teilchen wie die Quarks üben aufeinander Kräfte aus, indem sie Gluonen austauschen.

Gluonen sind elektrisch neutral, masselos und es gibt acht verschiedene Typen von ihnen.

Acht Gluonen
Die acht Gluonen des Standard-Modells.

Entdeckung

Gluonen wurden 1979 am PETRA-Beschleuniger bei DESY entdeckt. Dort beobachtete man beim Zusammenprall von Elektronen mit Positronen immer wieder drei Bündel von Teilchen.

Für eine Erklärung dieses Phänomens einigten sich die Wissenschafter auf das Folgende: Beim Zusammenstoß entstehen ein Quark und ein Antiquark, von denen eines ein Gluon aussendet, bevor aus allen drei Teilchen zahlreiche weitere Teilchen entstehen, die sich zu Bündeln formen.

Farbe der Gluonen

Was bei der elektromagnetischen Kraft die elektrische Ladung ist, ist bei der Starken Kraft die Farbladung. Gluonen sind zweifarbig. Sie enthalten eine Farb- und eine Antifarb-Komponente wie zum Beispiel "Rot-Antrot" oder "Blau-Antigrün". Damit wird die Kraft schnell unübersichtlich: Da nämlich Gluonen selbst auch ein Farbladung haben, können sie über den Austausch von Gluonen stark wechselwirken.

Den Überblick behält hier die Theorie der Starken Wechselwirkung, die Quanten-Chromodynamik (Quanten-Farbkraftlehre). Sie erklärt das genaue Zustandekommen der Starken Kraft.

Name

Der Name "Gluon" stammt vom englischen Wort für Klebstoff glue ab und bekam - quasi als humanistisches Finish - eine altgriechische Endung.

Details zu den Gluonen

NameGluon
Elektrische Ladungkeine
Schwache Ladungvorhanden
FarbladungEine Kombination aus Farbe (Rot, Grün, Blau) und Antifarbe (Antirot, Antigrün, Antiblau), zum Beispiel Rot-Antiblau
Massekeine
Spin1 (damit zählen Gluonen zu den Bosonen)
Wieso acht und nicht neun Gluonen?

Wenn Gluonen zweifarbig sind und es für jede Farbe drei Möglichkeiten gibt, dann sollte es nach Adam Riese doch bitteschön auch neun Gluonen geben. Oder?

  1. Rot-Antirot,

  2. Rot-Antigrün,

  3. Rot-Antiblau,

  4. Grün-Antirot,

  5. Grün-Antigrün,

  6. Grün-Antiblau,

  7. Blau-Antirot,

  8. Blau-Antigrün und

  9. Blau-Antiblau.

Dem ist nicht so. Um dem Grund dafür auf die Schliche zu kommen, muss man sich ein wenig in der Quantentheorie und der so genannten Gruppentheorie auskennen.

Kombinationen in der Quantentheorie

So darf man nach der Quantentheorie zum einen nicht nur die neun oben genannten Möglichkeiten betrachten, sondern muss auch alle Kombinationen, die sich aus Addition und Subtraktion ergeben, berücksichtigen - so zum Beispiel: 1/Wurzel(2)(Rot-Antirot - Grün-Antigrün).

Gruppenbildung in der Gruppentheorie

Zum anderen handelt es sich bei der Theorie der Starken Kraft um eine Eichtheorie, d.h. sie ruht auf der Tatsache, dass es schrecklich egal ist, welche Farbe wir nun Rot, Blau oder Grün nennen. Wir könnten auch umbenennen, ohne dass dies das Verhalten der Quarks beeinflussen sollte. Es liegt also eine Symmetrie vor und mathematisch werden Symmetrien mithilfe der Gruppentheorie beschrieben.

Die Ergebnisse der Gruppentheorie zusammen mit der Kombinationsbildung der Quantentheorie ergeben nun die folgenden neun Möglichkeiten für die Gluonen:

  1. Rot-Antigrün,

  2. Rot-Antiblau,

  3. Grün-Antirot

  4. Grün-Antiblau

  5. Blau-Antirot

  6. Blau-Antigrün

  7. 1/Wurzel(2)(Rot-Antirot - Grün-Antigrün)

  8. 1/Wurzel(6)(Rot-Antirot + Grün-Antigrün - 2 Blau-Antiblau) und

  9. 1/Wurzel(3)(Rot-Antirot + grün-antigrün + blau-antiblau)

Beim neunten Gluonen heben sich die Farben genau auf: Dieses so genannte Farb-Singulett ist farblos und spielt daher bei der Übertragung der Starken Kraft keine Rolle. Denn dabei kommt es gerade auf die Farbe an.

Also bleiben nach all der Mathematik nur acht Gluonen übrig. Das Farblose bleibt auf der Strecke.


Siehe auch
  INDEX (A-Z)
Lexikoneintrag QCD
Lexikoneintrag Starke Kraft
Lexikoneintrag Wechselwirkungsteilchen
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