Experimente
Events beim Aleph-Detektor VI

Wir hatten bereits erwähnt, daß sich Quarks im Detektor nie als freie Teilchen zu erkennen geben, sondern immer in Hadronen gebunden sind. Die Bildung von Hadronen haben wir bisher noch nicht angesprochen. Dies soll sich hier ändern.

Wir wissen, daß ein Z⁰ in ein Quark- Antiquark-Paar zerfallen kann; doch bewegen sich die beiden Quarks voneinander weg und können so zusammen keinen gebundenen Zustand - ein Hadron - bilden. Da die beiden Quarks Farbladungen tragen, werden zwischen ihnen ständig Gluonen ausgetauscht. Die Kraft zwischen den beiden auseinanderfliegenden Quarks - und das ist das sonderbare bei der starken Wechselwirkung - steigt dabei aber an. Dies ist so ähnlich wie bei einem Gummiband. Die Ursache hierfür ist die Tatsache, daß die Gluonen selbst Farbe tragen und daher auch miteinander wechselwirken. Beim Auseinanderfliegen der Quarks wird also deren kinetische Energie in den Aufbau eines Gluonfeldes zwischen ihnen gesteckt.

Bei weiter steigendem Abstand übersteigt diese Energie die Ruhemasse eines Quark- Antiquark-Paares. Dann kann das Gluonband zerreißen, und in der Mitte des zerreißenden Bandes bildet sich ein Quark-Antiquark-Paar.

Schließlich wird ein großer Teil der kinetischen Energie des ursprünglichen Quark-Antiquark-Paares in Masse von Quarks verwandelt. Dies ist ein weiteres schönes Beispiel für die Äquivalenz von Masse und Energie, die uns in der Teilchenphysik so oft begegnet.

Am Ende des Prozesses haben wir eine ganze Reihe von Quarks, die sich zu farblosen Hadronen verbinden. Wenn nämlich die Farbe des Quark-Antiquarks der Farbe seiner Nachbarn entspricht und die kinetische Energei klein genug geworden ist, entstehen zwei farblose Mesonen, die sich ungehindert von der Farbkraft voneinander entfernen können. Dies ist nebenan für einen Ausschnitt aus dem Quark-Gluon-band am Beispiel eines blauen Quarks und eines anti-blauen Antiquarks gezeigt. Als freie Teilchen auseinanderfliegen können nur farblose Objekte. Neben den Mesonen gehören dazu nur noch die Baryonen bzw. Anti- Barionen, die aus je drei Quarks bzw. Antiquarkts bestehen. Hier muß dann jede Farbe bzw. Anti-Farbe genau einmal vorkommen (rot + grün + blau = weiß, also farblos; es ist diese Eigenschaft, der die "Farb"-Ladung ihren Namen verdankt!)

Dies ist ein wichiges Resultat

Den Prozeß der Erzeugung von farblosen Hadronen aus den ursprünglich erzeugten Quarks nennt man Hadronisierung. Wegen der Vielzahl von beteiligten Teilchen ist die genaue Berechnung bisher nicht gelungen, sondern man verwendet empirische Hadronisierungsmodelle, in die eine Vielzahl von gemessenen Parametern eingehen. Ein besseres Verständnis des Hadronisierungsprozesses ist ein wichtiger Teil der gegenwärtigen theoretischen Anstrengungen in der QCD, der Theorie der starken Wechselwirkung. Am Ende sollte auch ein Verständnis der starken Kernkraft stehen, die wir aus der Sicht der Teilchenphysik als ein "Restkraft" der QCD verstehen.

Die Erzeugung von Hadronen veranschaulicht man aus den oben genannten Gründen in folgendem Diagramm: