Theorie: Darstellung der starken Wechselwirkung

Feynman Diagramme der starken Wechselwirkung
Der fundamentale Vertex der starken Wechselwirkung lautet: Quark -> Quark und Gluon (q -> q + g). Es gibt ihn wieder in den vier Variationen, Abstrahlung (eines Gluons, Bild rechts), Einfang (eines Gluons) , Paarerzeugung (von einem Quark und seinem Antiquark), und Paarvernichtung (von Quark und Antiquark in ein Gluon)
Manchmal ist es wichtig, in den Feynman-Diagrammen darauf hinzuweisen, welche Farbe ein Quark oder Gluon gerade trägt. Quarks werden in den Feynman-Diagrammen nach folgender Konvention beschriftet: up-Quark: u(Farbe) und down-Quark d(Farbe), wobei Farbe für eine der drei möglichen Farbladungen steht: r = rot, g = grün, b = blau. Gluonen tragen gleichzeitig Farbe und Antifarbe und werden nach folgender Konvention bezeichnet: g(Farbe,Farbe), wobei Farbe für eine der drei möglichen Farbladungen steht: r = rot, g = grün, b = blau, und Farbe eine der drei möglichen Antifarben darstellt: r¯ = antirot, g¯ = antigrün, b¯ = antiblau.
Die Abbildung rechts zeigt den fundamentalen Vertex für die Umwandlung eines roten up-Quarks in ein blaues up-Quark. Das Quark ändert seine Farbe, aber nicht seine Art (es bleibt ein u-Quark). Da an einem Vertex die Summe der Farben erhalten bleibt, muss das Gluon die Farben rot und antiblau wegtragen, damit blau übrig bleibt (blau und antiblau ergibt "weiß"). Dies ist der Grund, warum Gluonen gleichzeitig Farbe und Antifarbe tragen.
Da die Gluonen also selber Farbladung tragen (eine Farbe und eine Antifarbe, die sich nicht zu "weiß" addieren), können sie selber, wie die Quarks, Gluonen abstrahlen oder einfangen Es gibt daher zwei weitere fundamentale Prozesse der starken Wechselwirkung, den "drei-Gluon-" und den "vier-Gluon-Vertex"(Abbildung rechts). Bei Photonen traten solche Vertices nicht auf, weil Photonen elektrisch ungeladen sind, und deshalb nicht miteinander wechselwirken können. Es gibt daher für die starke Kraft wesentlich mehr Kombinationsmöglichkeiten beim Aufstellen von Feynman-Diagrammen als für die elektromagnetische Kraft.
Typische Feynman-Diagramme:
1. Gluonaustausch zwischen zwei Quarks: Dieses Diagramm stellt die Standardsituation der Vermittlung der starken Kraft mittels Gluonaustausch dar: Zwei Quarks laufen ein, das Gluon als Austauschteilchen vermittelt die starke Wechselwirkung, und anschließend laufen zwei Quarks wieder aus.
2. Gluonaustausch zwischen zwei Quarks mit Gluonschleife: Die virtuellen Gluonen, die die Gluonschleifen bilden (es könnten auch noch mehr sein), führen durch ihre eigene Farbladung zu einer Vermehrung der Farbladungen und verhindern damit das von der elektrischen Wechselwirkung gewohnte Abfallen der Kraft zwischen zwei Ladungen mit größer werdenden Abständen. Dies führt letztendlich zum sogenannten "Quark-Einschluss", der Tatsache, dass sich einzelne Quarks nicht frei beobachten lassen Eine ähnliche Schleife ist mit Photonen nicht möglich, da diese keine Ladung tragen und daher nicht untereinander wechselwirken können. .
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