Confinement
AlsConfinement(englischfür ‚Einschluss‘) bezeichnet man in derTeilchenphysikdas Phänomen, dass Teilchen mitFarbladungnicht isoliert vorkommen. So kommenQuarksundGluonennur inBindungszuständenvor und können prinzipiellnichtalsfreie Teilchengemessen werden.
Eine vollständige theoretische Beschreibung dieses experimentellen Befundes steht noch aus.[1]
Experimentelle Befunde
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]In der Natur und in Experimenten konnten bisher nur farbneutrale Objekte, d. h.Mesonen(Quark-Antiquark-Paare) oderBaryonen(Drei-Quark-Zustände) beobachtet werden. Quarks undGluonenkommen also nur „eingesperrt “(engl.confined) in diesen Zuständen und nicht frei vor. Versuche, mit hohen Energien die Quarks zu „trennen “, bewirkten eine spontanePaarbildungvon Quarks und Antiquarks. Man nimmt an, dass sich Gluonen zuGlueballszusammenfinden können, das sind messbare Bindungszustände ohneValenzquarks.
Theoretischer Hintergrund
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Im Rahmen derQuantenchromodynamik(Quantenfeldtheoriederstarken Wechselwirkung) steht das Confinement im Zusammenhang mit derFarbladungder Quarks und Gluonen: Farbladungen kommen in drei Arten vor, und zu jeder Farbladung gibt es eine entgegengesetzte Antifarbladung. Wenn einTeilcheninsgesamt eine Einheit einer Farbladung und eine Einheit der entsprechenden Antifarbladung enthält, ist es farbladungsneutral. Genauso ist ein Teilchen, in dem jede der drei Farbladungen (oder jede der drei Antifarbladungen) in gleicher Stärke vorkommt, farbladungsneutral. Allgemeiner formuliert, bedeutet Confinement: „In der Natur kommen nur farbneutrale Objekte vor. “Die Nicht-Existenz der (unweigerlich farbgeladenen) freien einzelnen Quarks, sogenannterStromquarks,ist somit ein Spezialfall dieser allgemeineren Formulierung. Sie hat auch zur Konsequenz, dass die starke Wechselwirkung nur eine sehr kurzeReichweitehat, da nach außen hin keine Farbladung „sichtbar “ist.
MitComputersimulationenkann man zeigen, dass sich zwischen zwei statischen Quarks (Paarerzeugung wird unterdrückt) ein Potential ausbildet, das mit dem Abstand linear zunimmt. Das lineare Potential führt zu einer mit wachsendem Abstand konstant bleibenden Kraft, im Gegensatz zu z. B.GravitationundElektromagnetismus,deren Kraft mit zunehmendem Abstand quadratisch abnimmt. Dieses lineare Potential wird damit erklärt, dass sich auf Grund der Farbladung dieGluonenzu einem Strang verbinden, dessen Energie mit der Länge wächst. Ein farbgeladenes Teilchen vom Rest zu trennen würde daher extrem hohe Energie erfordern. Eine Trennung der Quarks von den Gluonen ist daher nur unter bestimmten Bedingungen und für sehr kurze Zeit möglich.[2]In der Realität wächst die Energie natürlich nicht ins Unendliche an. Ab einer gewissen Energie (also einem gewissen Abstand zwischen den Quarks) können neue Quark-Antiquark-Paare entstehen, die sich mit den vorherigen zu neuen farblosen Zuständen binden. Dieser Effekt wird als „String-Breaking “bezeichnet.
Die genauen Mechanismen, wie der Strang gebildet wird, hängen mit der Wechselwirkung der Gluonen untereinander und ihrer Wechselwirkung mitVakuumfluktuationenzusammen und sind Gegenstand aktueller Forschung. Es gibt verschiedene Szenarien, wie sich dieser Strang bilden kann. Ein einheitliches Bild hat sich noch nicht durchgesetzt.[1] Ein vollständiges Verständnis des Confinement erfordert die Entwicklung geeigneter Methoden, um innerhalb der QuantenchromodynamikVielkörperproblemezu lösen.
Andere Verwendung des Begriffs „Confinement “
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]EinPotentialtopfwird häufig alsquantenmechanischesConfinement bezeichnet (Lokalisierung).
Weblinks
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- Confinement.In: Ulrich Kilian u. Christine Weber (Hrsg.):Lexikon der Physik.Spektrum Akademischer Verlag, 2003,ISBN 3-86025-296-8(spektrum.de).
Siehe auch
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Einzelnachweise
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- ↑abR. Alkofer und J. Greensite:Quark Confinement: The Hard Problem of Hadron Physics.In:Journal of Physics.G,Nr.34,2007,doi:10.1088/0954-3899/34/7/S02,arxiv:hep-ph/0610365.
- ↑Christof GattringerundChristian B. Lang:Quantum chromodynamics on the lattice: an introductory presentation.1. Auflage. Springer, 2009,ISBN 978-3-642-01849-7.