Starchi Wächselwürkig

Di starchi Wächselwürkig (au starchi Chraft, Gluonächraft, Farbchraft, us historischä Gründ Chärnchraft oder starchi Chärnchraft gnännt) isch eini vo dä vier Grundchräft vo dä Physik. Mit ihrä wird d Bildig vo dä Quarks i dä Hadronä erchlärt.

Vor dä Iifüerig is Quark-Modäll isch d Aaziehigschraft zwüschä dä Nukleonä (Protonä und Neutronä) vom Atomchärn als starchi Wächselwürkig bezeichnet wordä. Au hüt no isch mit dä starchä Wächselwürkig oft nur d Reschtwächselwürkig gmeint.

Bindig zwüschä Quarks

E Animation vo dä Wächselwürkig innerhalb vomene Neutron (Biispiil). D Gluonä sind dargstellt als Pünkt mit de Farbladig im Zäntrum und de Antifarb am Rand.

Nach dä Quantächromodynamik (im Folgände: QCD) wird di starchi Wächselwürkig - wie di elektromagnetischi und di schwachi Wächselwürkig - dur de Ustuusch vo Eichbosonä beschribä. D Ustuuschteili vo de starchä Wächselwürkig werded als Gluonä bezeichnet, vo däne gits acht Sortä (unterschidlichi Farbladigszueständ). Die Gluonä überträged e Farbladig zwüsche de Quarks. Es Gluon cha debii mit anderne Gluonä ineragiärä und Farbladigä uustuuschä.

Potential zwüsche zwei Quarks in Abhängigkeit vo ihrem Abstand. Zuesätzlich sind di mittläre Radiä vo verschidenä Quark-Antiquark-Zuestände kännzeichnet.

D Aziehigschraft zwüsche Quarks blibt konstant, au wenn d Entfernig grösser wird, andersch als z. B. bi de Coulombchraft, wo s immer liechter wird, zwei Teili, wo sich aaziehend, z'tränne, je grösser dr Abstand isch. Si isch demit grob vergliichbar miteme Gummiseil oder enere Zugfädere. Wird de Abstand z gross, „riisst“ s Seil i däre Analogii und es wird es Meson bildet dur Erzügig vomene Quark-Antiquark-Paar us em Vakuum. Bi chliinä Abständ chönd d Quarks drum wie freii Teili betrachtet wärde (asymptotischi Freihäit), so chunt e Iischlüssig (Confinement) z'stand. Bi grösserem Abstand bewürkt di zuenehmendi Wächselwürkigsenergii, dass d Quarks dä Charaktär vo sälbständige Teili verlüüred, also chönd si nüme als freii Teili beobachtet wärde.

Bindig zwüsche Nukleonä

Au wänn Nukleonä immer d Farbladig null händ, gits zwüsche ihnä e Reschtwächselwürkig oder Chärnchraft (entfärnt vergliichbar mit dä Van-der-Waals-Chräft, wo mer als elektromagnetischi Reschtwächselwürkig zwüsche elektrisch neutralä Atom und/odär Molekül aaluägä chan).

D Riichwiiti vo de Aziehig dur d Reschtwächselwürkig liit bi öppä 2,5 Femtometer (fm). Bi dem Abstand isch si vergliichbar starch wie di elektrischi Abstossig (Coulombschraft) zwüsche de Protonä und bi chürzärä Abständ überwigt si d Coulombschraft. Oberhalb vo dem Abstand degäge nimmt d Aziehig steiler ab als d Coulombchraft, wo proportional zu 1/r² sinkt. Das Zämespiil vo de beide Grundchräft erchlärt de Zämehalt und d Grösseordnig vo de Atomchärn, aber z. B. au d Spaltig vo schwäre Chärn.

Uf sehr churzi Abständ würkt d Chärnchraft abstossänd, entsprächend emene härte Chärn (Hard Core) vo 0,4 bis 0,5 fm.

Vor de Ifüerig vom Quark-Modäll isch d Reschtwächselwürkig und ihri Riichwiiti mit enere effektivä Theorii erchlärt wordä: dur de Ustuusch vo Pionä zwüsche de Nukleonä (Yukawa-Potential) und d Massä vo de Pionä. Usserdem isch i de Nukleon-Nukleon-Potential-Modäll de Ustuusch vo wiitere Mesonä (wie em Rho-Meson) berücksichtigt wordä. Will d Berächnigä vo de Chernchraft mit de QCD bisher nöd möglich sind, bruucht mer zum Biispiil i de Beschriibig vo de Nukleon-Nukleon-Streuig verschideni phänomenologisch aapassti Potential, wo uf Mesonäustuuschmodäll basiered (wie s Bonn-Potential).

Erchlärig vo de Reschtwächselwürkig

Feynman-Diagramm vonere starchä Proton-Neutron-Wächselwürkig vermittlet dur es neutrals Pion. D Ziit-Achsä verlauft vo linggs nach rächts.

S gliiche Diagramm mit de einzelne Konstituänte-Quarks zeigt, zum darzstellä, wie die fundamental starchi Wächselwürkig e „Chernchraft“ erzügt. Gradi Liniä sind Quarks, vilfarbigi Schleifä Gluonä (Träger vo de Grundchraft). Anderi Gluonä, wo Proton, Neutron und Pion (im „Flug“) zämmehebed, sind nöd dargstellt.

E Animation vo de Wächselwürkig, di zwei chlinä farbigä Pünkt sind Gluonä. Anti-Farbä chönd us dem Diagramm entno wärde. (grösseri Version)

Zwüsche Atom isch s abstossende Potential bi chliine Abständ e Folg vom Pauli-Prinzip für d Elektronäzueständ. Bi Anöcherig vo zwei Nukleonä mit sächs Quarks hät jedes Quark aber erheblich meh Freiheitsgrad im nidrigä Zuestand (Bahndräimpuls l=0): näbe Spin (2 Zueständ) no e Farbladig (3 Zueständ) und Isospin (2 Zueständ), zäme also 12, uf die sich d Quarks nach em Pauli-Prinzip verteile chönd. S Pauli-Prinzip isch da nöd unmittelbar für d Abstossig verantwortlich, wo sich underhalb vo öppe 0,8 fm bemerkbar macht. De Grund liit villmeh i de starche Spin-Spin-Wächselwürkig vo de Quarks, wo sich augefällig drin usdruckt, dass d Delta-Resonanz (mit parallelä Spins vo de drü Quark) e öppe um en Drittel höcheri Massä bsitzt als s Proton. Stönd also d Spins vom Quark parallel zunenand, so nimmt di potentielli Energii vom System zue. Das giltet au bi sich überlappende Nukleonä, und zwar umso stärcher, je gringer de Abstand vo de Nukleonä vonenand isch. Versueched d Quarks dur Umcherig vom Spin ihri chromomagnetischi Energii z minimiere, glingt das nur dur Übergang in en energetisch höchere Bahndräimpulszuestand (l=1).

Mit no grösserem Abstand vonenand glanged d Nukleonä in en aziehende Teil vo de starche Wächselwürkig. Debii spillt weniger de Quark-Quark-Ustuusch (zwei Quarks sind gliichziitig beidne beteiligte Nukleonä zuägordnät), wo mer in Analogii zu de kovalänte Bindig erwartet, e Rollä, als villmeh de vo farbneutralä Quark-Antiquark-Paar (Mesonä) us em Seequark-Aateil vo de Nukleonwällefunktion i de QCD.

E vollständigi Beschriibig vo de Chernchraft au de Quantächromodynamik isch bisher aber leider nöd möglich gsi.

Weblink

• Marc Gänsler: Die starke Wechselwirkung. In: Einführung: Die 4 Grundkräfte der Physik, abgerufen 30. Januar 2009.
• Gluonen und die starke Kraft. DESYs Kwork Quark, »Teilchenphysik für alle«

Einzelnachwiis

Dä Artikel basiert uff ere fräie Übersetzig vu dere Version vum Artikel „Starke_Wechselwirkung“ vu de dütsche Wikipedia. E Liste vu de Autore un Versione isch do z finde.