Quarks

[Fragender]

Guten Zeitabschnitt,

ich lese gerade das Buch "Eine kurze Geschichte der Zeit" und bin dabei auf folgenden Satz gestoßen:

"Das Neutron besteht aus zwei Down-Quarks und einem Up-Quark, alle ohne elektrische Ladung."

Das hat mich verwirrt, denn ich dachte immer alle Quark-Flavours haben eine elektrische Ladung, jetzt wollte ich fragen ob das etwas mit den Farbladungen zu tun hat, oder ob ich etwas falsch interpretiert habe.

Schon einmal danke für die Hilfe.

[Mirko]

Die Frabladungen haben nichts mit elektrischer Ladung zu tun, sondern stehen in Bezug zur starken Wechselwirkung.

Kann ja auch nicht, sonst wäre ein Neutron ja elektrisch geladen.

Genaueres können dir sicher die Cracks hier erklären !

[Marco Polo]

Farbladungen können sich zu Null addieren. Z.B. beim Neutron, das aus einem Up- und zwei down-Quarks besteht.

Nicht so beim Proton, das aus einem Down- und zwei Up-Quarks besteht.

Ladung Down-Quark: -1/3
Ladung Up-Quark: +2/3

[Fragender]

Also ist die Aussage die ich zitiert haben Falsch?

[Marco Polo]

Zitat von Fragender

Also ist die Aussage die ich zitiert haben Falsch?

Die Aussage des Zitates:

"Das Neutron besteht aus zwei Down-Quarks und einem Up-Quark, alle ohne elektrische Ladung."

ist meiner Meinung nach nicht korrekt.

Es stimmt zwar, dass Neutronen aus zwei Down- und einem Up-Quark bestehen. Aber die Quarks ansich, sind nicht elektrisch neutral. Die Einzelladungen der Quarks beim Neutron heben sich auf bzw. addieren sich zu Null auch wenn man Quarks bisher noch nie isoliert betrachten konnte (Confinement).

Aber warte lieber auf die Antwort eines Experten.

[Fragender]

Was sind dann die Eigenschafften die die Farbladungen mitbringen?
Existieren die Farbladungen nur um zu verdeutlichen in welcher Konfiguration Quark-Gruppierungen stabil sind, oder sagen die Farbladung noch etwas anderes aus?

[TomS]

Zitat von Fragender

Existieren die Farbladungen nur um zu verdeutlichen in welcher Konfiguration Quark-Gruppierungen stabil sind, oder sagen die Farbladung noch etwas anderes aus?

Im naiven Quarksmodell hatten die Farben lediglich eine rein algebraische, buchhalterische Funktion, um farbneutrale Kombinationen von Quarks zu kennzeichnen.

In der QCD sind den Quark- sowie den Gluonfeldern jedoch verallgemeinerte Ladungs- und Stromdichten zugeordnet; das ist ein wesentlicher Unterschied zur QED, in der die Photonen keine Ladungs- und Stromdichten tragen. Daraus resultieren die sogenannten Yang-Mills-Gleichungen als Verallgemeinerung der Maxwell-Gleichungen. Mittels dieser Ladungs- und Stromdichten werden die Wechselwirkungen der Quarks und der Gluonen untereinander formuliert.

[Fragender]

Verändern die Gluonen dann die Strom- oder Ladungsdichten der Quarks bei der Wechselwirkung oder gibt das Quark die Strom- und Ladungsdichte vor und die Gluonen reagieren nur darauf?
Oder mal eine ganz andere Frage, ich habe gelesen das die Masse der Quarks nur einen Bruchteil der Masse des Nukleons ausmacht und das der Rest der Masse wahrscheinlich durch die Wechselwirkung zustande kommt, wenn das stimmt dann möchte ich Fragen ob die Verteilung der Masse des Nukleons immer gleich verteilt ist, denn meiner Meinung nach kann eine Wechselwirkung doch nicht immer perfekt gleichmäßig verteilt sein, oder?
Aber die Masse der Nukleonen kann doch nicht unterschiedlich verteilt sein, das würde sich doch auf die Bewegungen des Nukleons in Kräftefeldern auswirken und das kann ich mir nicht vorstellen, also ich kann es mir schon vorstellen aber nicht glauben das es so ist, also wo ist mein Denkfehler?

[TomS]

Zitat von Fragender

Verändern die Gluonen dann die Strom- oder Ladungsdichten der Quarks bei der Wechselwirkung oder gibt das Quark die Strom- und Ladungsdichte vor und die Gluonen reagieren nur darauf?

Sie beeinflussen sich wechselweise , und zwar über eine verallgemeinerte Form der Dirac-Gleichung sowie die Yang-Mills- als Verallgemeinerung der Maxwell-Gleichungen.

Zitat von Fragender

Oder mal eine ganz andere Frage, ich habe gelesen das die Masse der Quarks nur einen Bruchteil der Masse des Nukleons ausmacht und das der Rest der Masse wahrscheinlich durch die Wechselwirkung zustande kommt ...

Nicht wahrscheinlich, das ist so. Ein bei hohen Energien asymptotisch freies Quark hat eine in diesem Regime relevante Masse von einigen MeV, im Vergleich zu knapp 1 GeV der Nukleonen.

Zitat von Fragender

... wenn das stimmt dann möchte ich Fragen ob die Verteilung der Masse des Nukleons immer gleich verteilt ist, denn meiner Meinung nach kann eine Wechselwirkung doch nicht immer perfekt gleichmäßig verteilt sein, oder?

Das ist eine interessante Frage.

Die Verteilung der Quarks und Gluonen im Nukleon kann m.W.n. nur indirekt im Rahmen der tief-inelastischen Streuung experimentell bestimmt werden; dies liefert sogenannte Strukturfunktionen (im elastischen Grenzfall Formfaktoren). Daraus folgen sozusagen gemittelte Verteilungen. Aus den Formafaktoren kann man eine Art Ladungs- und Stromverteilung konstruieren; für die Strukturfunktionen kenne ich soetwas nicht.

Möglicherweise gibt es Darstellungen zu anderen räumlichen Strukturen aus der Gittereichtheorie; das müsste ich erst nachschauen.

Zitat von Fragender

Aber die Masse der Nukleonen kann doch nicht unterschiedlich verteilt sein, das würde sich doch auf die Bewegungen des Nukleons in Kräftefeldern auswirken und das kann ich mir nicht vorstellen, also ich kann es mir schon vorstellen aber nicht glauben das es so ist, also wo ist mein Denkfehler?

Doch, diese Verteilung der Massendichte (Energiedichte), Ladungs- und Stromdichten, Spindichte usw. ist inhomogen. Das ist das Ergebnis der o.g. Streuexperimente. Die Abmessungen der Nukleonen und der "Kraftfelder" sind jedoch so klein, dass man keine klassischen Begriffe mehr verwenden sollte.

[Fragender]

Guza,
aber woher kommt die Energie der Quarks?
Das muss doch eine Menge Energie sein.
Wie können Körper mit einer so geringen Masse eine Energiemenge erzeugen die um ein Vielfaches größer ist als ihre gesamten Massen zusammen?
Und dann sind sie auch noch in einer festen Struktur vorhanden?