Gluon

Fundamentales Teilchen des Standard-Modells. 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.

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-Antirot“ oder „Blau-Antigrün“. Damit wird die Kraft schnell unübersichtlich: Da nämlich Gluonen selbst auch eine Farbladung haben, können sie über den Austausch von Gluonen stark wechselwirken. Den Überblick behält hier die Theorie der starken Wechselwirkung, die Quantenchromodynamik (Quantenfarbkraftlehre). Sie erklärt das genaue Zustandekommen der starken Kraft.

Name Der Name „Gluon“ stammt vom englischen Wort für Klebstoff glue ab.

Details zu den Gluonen

Name: Gluon
Elektrische Ladung: keine
Schwache Ladung: vorhanden
Farbladung: Eine Kombination aus Farbe (Rot, Grün, Blau) und Antifarbe (Antirot, Antigrün, Antiblau), zum Beispiel Rot-Antiblau
Masse: keine
Spin: 1 (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?

Rot-Antirot,
Rot-Antigrün,
Rot-Antiblau,
Grün-Antirot,
Grün-Antigrün,
Grün-Antiblau,
Blau-Antirot,
Blau-Antigrün und
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:

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