Die Symmetrien hinter den Kräften
Farben eichen: QCD

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Bei der Beschreibung der Starken Kraft griffen Physiker auf das zurück, was sich beim Elektromagnetismus schon bestens bewährt hatte: Sie nahmen an, dass für die Quarks eine lokale Eichsymmetrie gilt. Die Gluonen erhielten sie dann frei Haus.

Wenn Theoretiker davon ausgehen, dass an unterschiedlichen Orten die Farben unterschiedlich benannt werden können, erhalten wir die Form des Feldes des Starkes Kraft frei Haus.

Als Physiker im 20. Jahrhundert bei der Theorie der elektromagnetischen Kraft auf das Prinzip der lokalen Eichsymmetrie gestoßen waren, war dies zunächst nur eine neue Form, Bekanntes zu beschreiben. Dieses Prinzip erwies sich dann aber als extrem nützlich, als man für die beiden anderen Kräfte des Standard-Modells nach passenden Beschreibungen Ausschau hielt.

Bereits ein Jahr nach der Einführung der Quarks war klar, dass es diese Teilchen in drei unterschiedlichen Sorten geben müsste. Quarks gibt es nur in Gruppen wie Protonen. Und damit man die Teilchen dort unterscheiden kann, führte man eine farbenfrohe Bezeichnung ein. Seitdem gibt es rote, grüne und blaue Quarks. Die Wahl der Farben ist jedoch willkürlich, so wie es die Nullrichtung der Elektronenfeldpfeile ist. Die Farben sind vertauschbar. Und der Wunsch, die Farben an jedem Punkt nach Gutdünken wählen zu können, entspricht der Forderung einer lokalen Eichsymmetrie.

Wenn wir die Quarkfelder lokal farbeichen, dann entstehen wie beim Elektronenfeld mathematische Abfallprodukte. Aus ihnen kann auf die Art eines zweiten Feldes geschlossen werden. Dieses kann dann gleichzeitig so geeicht werden, dass die Abfallprodukte verschwinden.

Aus diesen Überlegungen kann man auf die Form des Feldes der Starken Kraft schließen. Aus der folgt, dass es acht Gluonen statt des einen Photons geben muss. Die ganze Theorie heißt Quanten-Chromodynamik (QCD), die Quantenlehre von der Farbkraft.

Die Gluonen erhält man, wenn man fordert, dass die Farben der Quarkfelder lokal eichsymmetrisch sind.

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