Hadron? Baryon? Meson? Was ist was? Wer ist wer? Und warum bestehen Physiker darauf, an den Namen jedes Teilchens, das ihnen begegnet, das Suffix „on“ anzuhängen?
Im Gegensatz zur NFL ist es beim Highschool-Football üblich, dass auf den Trikots der Mannschaften die Namen der Spieler nicht auf dem Rücken prangen. Das kann ein Spiel für Gelegenheitszuschauer sehr verwirrend machen. Während die Experten ohne nachzudenken wissen, wer wer ist, kann der Gelegenheitszuschauer ohne eine Liste, die die Trikotnummer mit dem Namen des Spielers verbindet, leicht den Überblick verlieren.
Die Teilchenphysik hat einige der gleichen Probleme mit all den Teilchennamen, die mit „on“ enden. Das reicht, um massive Kopfschmerzen zu bekommen. Insider erkennen sie auf den ersten Blick, aber für Nicht-Experten wäre eine Liste, die sie identifiziert, sehr hilfreich. In dieser Ausgabe von Nutshell werden wir drei von ihnen identifizieren und erklären, wie sie miteinander zusammenhängen. Die drei Teilchenklassen sind Hadronen, Mesonen und Baryonen.
Zunächst einmal bezeichnen alle drei Begriffe Teilchenklassen. Hadronen sind Teilchen, die die starke Kernkraft erfahren. Das bedeutet, dass sie Quarks enthalten. Ein Baryon ist eine Art von Hadron, das drei Quarks enthält. Ein Meson ist ebenfalls eine Art Hadron, das ein Quark und ein Antiquark enthält. In Analogie zum Tierreich entspricht der Begriff Hadron dem Begriff Tier, während die Begriffe Meson und Baryon den Klassifizierungen Säugetier und Reptil entsprechen könnten.
Historisch gesehen bedeutete der Name Baryon ein schweres subatomares Teilchen, während der Begriff Meson für Teilchen mit viel geringerer Masse verwendet wurde. Dies geht aus den griechischen Wurzeln der Wörter hervor – „barys“ für schwer und „mesos“ für mittelschwer. (Es gibt auch Teilchen, die Leptonen genannt werden, abgeleitet vom griechischen Wort „leptos“ für leicht, aber diese Teilchen sind keine Hadronen und werden hier nicht behandelt). In den 1960er Jahren war die Identifizierung der Baryonen als schwere Teilchen und der Mesonen als Teilchen mit mittlerer Masse absolut. Doch die Entdeckung der schwereren Charm- und Bottom-Quarks machte diese Verbindung zunichte – es stellte sich heraus, dass sie Mesonen bilden konnten, die schwerer waren als die frühesten entdeckten Baryonen. Daher ist in der modernen Welt der Quark-Gehalt das Einzige, was ein Hadron als Baryon oder Meson ausweist.
Eine Gemeinsamkeit zwischen Mesonen und Baryonen besteht darin, dass die Quarks, aus denen sie bestehen, zwar Farbe tragen, nicht aber sie selbst – sie sind farbneutral. Das heißt, es sind ihre Quark- und Gluonbestandteile, die die Ladung der starken Kraft tragen, nicht die Mesonen und Baryonen, aus denen sie bestehen.
Kurz gesagt, Hadronen sind Teilchen, die Quarks enthalten. Baryonen sind Hadronen, die drei Quarks enthalten, und Mesonen sind Hadronen, die ein Quark und ein Antiquark enthalten. Wenn du das nächste Mal auf diese Begriffe stößt, musst du hoffentlich nicht zum Tylenol greifen.
-Don Lincoln
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Baryonen und Mesonen sind Beispiele für Hadronen. Jedes Teilchen, das Quarks enthält und die starke Kernkraft erfährt, ist ein Hadron. Baryonen haben drei Quarks in sich, während Mesonen ein Quark und ein Antiquark enthalten.