wie entsteht die nukleonenmasse (genau) ?

paulvinc · Gast

Hallo!
Ich habe jetzt schon zum 10 000. Mal gelesen, dass 99% der Nukleonenmasse aus der Bewegungsenergie der Gluonen stammt. Und Energie ist gleich Masse, klar...
Andererseits heißt es, die Interaktion mit dem Higgs Feld würde Masse erst "erschaffen" können und die Quarks tuen das ja auch brav, allerdings beträgt ihr Teil nur 1% der Nukleonmasse. Wechselwirkt die Bewegungsenergie der Quarks auch irgendwie mit dem Higgs Feld? Wie kann ich mir das vorstellen? Bitte um schnelle Hilfe, brauche es für mein Spezialgebiet in Physik (Matura/Abitur)
Liebe Grüße,
Paul

Seelachs · Anmeldungsdatum: 12.03.2014 Beiträge: 31

"Bewegungsenergie der Gluonen" ist ein wenig irritierend ausgedrückt. Die Quarks erzeugen durch eine Eigenschaft die "Farbladung" heißt (aufgrund ihrer prinzipiellen Ähnlichkeit mit der elektrischen Ladung) ein Feld (Das Gluonenfeld), mit dem sie selbst und andere Quarks derart wechselwirken, dass dabei die sog. "starke Wechselwirkung" oder "starke Kernkraft" entsteht, die für die innere Bindung des Nukleons verantwortlich ist.
Die Energiedichte dieses Feldes (die nicht das selbe ist, wie die Bewegungsenergie von irgendwelchen Teilchen sondern einfach eine abstrakte Größe) erzeugt über die Energie-Impuls-Beziehung der speziellen Relativität eine Skalierung des Impulses, die einer bestimmten Masse äquivalent ist. Das ist schließlich auch (bis auf einen winzigen Anteil) die Ruhemasse des Nukleons.

Die ganze Sache mit dem Higgs-Feld ist eine andere. Das Higgs-Feld ist nicht notwendig, damit es träge Masse gibt. Endliche Energiedichten beeinflussen allein aufgrund des speziellen Relativitätsprinzips (und der Definition der Größen "Energie" und "Impuls") einen Impuls in der Art einer trägen Masse.
Das Higgs-Feld ist eine relativ spezielle Sache, die man eingeführt hat, da es eine bestimmte Klasse von Feldern gab (Eichfelder der schwachen Wechselwirkung, so etwa ähnliches wie das Gluonenfeld) deren Energiedichte sich so verhalten sollte, wie etwas das eine Ruhemasse hat, denen aber nicht ohne weiteres ein entsprechender Term in ihrer Lagrangedichte (die Größe aus der schließlich die Dynamik der Felder hervorgeht) hinzugefügt werden konnte, da man damit für die Theorie unabdingbare Eichinvarianzen der Felder zerstört hätte.
Indem man diese Eichfelder aber an ein Skalarfeld mit bestimmten Eigenschaften (Das Higgs-Feld) koppelt (so wie man die Quarks an das Gluonenfeld koppelt, nur dass das Higgs-Feld nicht durch die Eichfelder erzeugt wird sondern unabhängig von ihnen vorhanden ist) kann man das Problem umgehen, da der Kopplungsterm in der Lagrangedichte eben das macht, was ein Masseterm macht, ohne die Eichinvarianz der Felder zu stören.

Später hat man auch Fermionen (wie bspw. den Quarks) einen Kopplungsterm ans Higgs-Feld verpasst, der so ihre Ruhemassen erzeugt.

Eine Sache die man nicht vergessen sollte, wenn man Dokumenationen mit lauter blauen und grünen Kügelchen sieht, populärwissenschaftliche Artikel (Spektrum d. W.) und Bücher liest, mit allerlei Metaphern, wie dem Elementarteilchen, das auf eine Party geht, und die ganzen Higgs-Bosonen kommen an und wollen kuscheln:
Letzten Endes ist die gesamte quantenfeldtheoretische Elementarteilchenphysik nur ein mathematisches Konstrukt, dessen Sinn es ist Messwerte zu reproduzieren (und hervorzusagen).
Da kann man noch so häufig kleine Quark-Kugeln malen, zwischen denen Gluonen hin und her zuppeln, das ändert nichts daran, dass hinter diesen Namen letzten Endes nur mathematische Felder stehen, die unter hoch abstrakten Operatoren zu einer Lagrangedichte aufsummiert werden.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18030