Quarks - Seite 2

IsabellaCullen · Anmeldungsdatum: 13.11.2012 Beiträge: 71

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Man darf sich Quarks nicht als Kugeln mit Ladungen vorstellen. Richtig ist, dass die von dir genannten Eigenschaften (und weitere) das Nukleon algebraisch beschreiben, d.h. die Quantenzahlen sind exakt die von drei Quarks.

Aber in Wirklichkeit ist das viel komplizierter

http://www2.lns.mit.edu/eic/Vogelsang_Deshpande.pdf

Gustav123 · Gast

Warum ist "drei" nur eine Approximation.
Ist es nicht so, dass die Elektronen (bei dem Streuexperiment) an drei Streuzentren gestreut werden?

Darf man sich die Quarks als Punkte mit Ladungen vorstellen?
Es gibt ja de facto nichts kleineres als die Quarks.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Siehe dazu den Link im letzten Beitrag, insbs. Folie 8. Dabei werden sogenannte Strukturfunktionen eingeführt, die beschreiben welche Teilchensorten (u- und d-Quarks, Gluonen) welchen Beitrag zur Nukleonstruktur leisten; die Variable x ist dabei eine Art "Impulsbruchteil des Nukleons, den gerade diese Teilchensorte trägt". Diese Strukturfunktionen werden im Rahmen der tiefinelastischen Lepton-Nukleon-Streuung vermessen.

Wäre es nun tatsächlich so, dass genau drei (im wesentlichen massegleiche) Quarks den Impuls des Nukleons tragen, so hätte man je einen unendlich schmale Peaks der u- und d- Strukturfunktion (wobei wg. |p> = |uud> der u-Peak doppelt so hoch wäre wie der d-Peak) sowie verschwindende Strukturfunktionen für alle anderen Quarks und Gluonen. In der Praxis stellt man jedoch fest, dass die x-Abhängigkeit wesentlich komplexer ist, dass insbs. nicht drei kollineare, mit exakt 1/3 des Nukleonimpulses fliegende Quarks existieren und keine Peaks sondern eine breite Verteilung vorliegen, dass es also sowohl von diesem 1/3 abweichende Impulse gibt, als auch Beiträge von Gluonen sowie Beiträge aller anderen Quark- und Antiquark Sorten.

Für ein Review der Particle Data Group siehe hier:
http://pdg.lbl.gov/2012/reviews/rpp2012-rev-structure-functions.pdf
http://pdg.lbl.gov/2012/reviews/rpp2012-rev-structure-function-figs.pdf

IsabellaCullen · Anmeldungsdatum: 13.11.2012 Beiträge: 71

Gustav123 · Gast

@TomS

Du hast doch diesen einen Link mir den zwei Bildern gepostet.

Woran kann man in diesem Bild erkennen, dass sich das Gluon in ein Quark-Antiquark-Paar "verwandelt"? Irgendwie verstehe ich dieses Bild nicht.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Das Gluon wird von einem Quarks abgestrahlt und läuft nach rechts; dort verwandelt es sich in zwei Quarklinien, eine vorwärts und eine rückwärts in der Zeit (diese läuft nach rechts) entsprechend der Pfeile; letzteres entspricht einem Antiquark.

Gustav123 · Gast

Achso. Vielen Dank. Jetzt ist das ganze schon viel verständlicher.

Gustav123 · Gast

Mal ne Frage zum vermeintlich entdeckten Higgs-Boson.

Wurde das Higgs-Teilchen auch mit Streuexperimenten nachgewiesen?
Gab es dabei auch ein Jet-Ereignis?
Wie sahen die aus bzw. was ist da genau passiert?

Vielen Dank für alle Antworten im Vorraus.

D2 · Anmeldungsdatum: 10.01.2012 Beiträge: 1723

http://www.spektrum.de/alias/teilchenphysik/der-lange-weg-zum-higgs/1165735

http://www.bilder-hochladen.tv/pic/X8s7tlct/
http://www.bilder-hochladen.tv/pic/4PID2Wuz/

Gustav123 · Gast

Danke D2 für die Links.

Das bedeutet also, dass das Higgs-Boson gar nicht selbst beobachtet werden kann, sondern nur seine Zerfallsprodukte?

Gibt es auch Reaktionen, die das Higgs-Boson erzeugen? Müssen das bestimmte Reaktionen sein? Oder entsteht das Higgs-Boson kontinuierlich?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Die Entstehung des Higgsboson wird durch die Kopplungsterme in der Lagrangedichte beschrieben

http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_Model_(mathematical_formulation)#The_Higgs_mechanism

Man setzt in

wie beschrieben

und multipliziert aus.

v ist dabei der Vakuumerwartungswert, der für den Higgsmechanismus verantwortlich ist.

Nun entstehen Polynome in den Feldern:

Man findet Polynome ausschließlich in h; diese sind hier irrelevant, denn sie beschreiben Vertizes in Feynmandiagrammen, bei denen bereits ein Higgs im einlaufenden Zustand vorhanden ist, aber wir wollen das Higgs ja erst erzeugen.

Dann gibt es Polynome, bei denen h an ein Eichfeld koppelt; diese sind ebenfalls irrelevant, denn dazu muss zunächst ein W- oder Z-Boson im einlaufenden Zustand vorhanden sein. Ist es aber bei Stößen von z.B. Protonen wie am LHC (wobei sich Protonen in nullter Näherung nur aus Quarks zusammensetzen), nicht.

(diese beiden Prozesse sind natürlich möglich, aber sie tragen erst in höherer Ordnung bei, sind also in führender Ordnung vernachlässigbar)

Also verbleiben nur die Terme der Yukawa-Kopplung, wobei hier auffällt, dass immer die selbe Struktur

vorliegt

Es koppelt ein linkshändiges anti-uQuark an ein rechtshändiges u-Quark und ein Higgs, und zwar mit der selben Kopplungkskonstanten G sowohl an den Vakuumwert v als auch an das Higgsboson h.

Der Term

mit

ist einfach der Masseterm des u-Quarks.
Damit schreibt man nun den Kopplungsterm an h um zu

v ist für alle Quarksorten identisch.

Damit erkennt man sofort, dass die Stärke der Kopplung einer Quarksorte an das Higgs mit der Masse der entsprechenden Quarksorte skaliert. D.h. ein Higgs wird um so leichter erzeugt, je schwerer die beteiligten Quarks sind.

Und damit hat man auch die Ursache, warum das Higgs so schwierig zu entdecken ist, denn, bei Stößen mit leichten Quarks benötigt man eine extrem hohe Schwerpunktsenergie, während Stöße an schweren Quarks in führender Ordnung nicht auftreten, da in den Protonen in führender Ordnung nur leichte u- und d-Quarks enthalten sind. Die u- und d-Quarks haben eine Masse von wenigen MeV, das Higgs muss im Bereich von GeV (sogar über 100 GeV) liegen, d.h. zwei Quarks müssten diese kinetische Energie haben, damit das Higgs überhaupt erst in vernünftigen Raten (nahe an der Massenschale entstehen kann). Aber die Quarks tragen natürlich im Mittel nur jeweils 1/3 der Protonenergie.

Zusammenfassend: Alle Prozesse, in denen ein Higgs an andere Teilchensorten koppelt sind entweder dadurch unterdrückt, dass sie in führender Ordnung ganz fehlen (weil die benötigten Teilchen im einlaufenden Zustand nicht vorhanden sind und erst durch weitere Prozesse entstehen müssen), oder sie sind durch die kleine Quarkmasse unterdrückt.

Dies ist letztlich der Grund, warum das Higgs erst so spät entdeckt wurde, obwohl es in einem Massenbereich liegt, der vergleichbar ist zu dem der W- und Z-Bosonen sowie dem des Top-Quarks

Gustav123 · Gast

Danke Tom für deine Antwort.

Aber jetzt muss ich nochmal ganz dumm fragen: Warum muss das Higgs-Boson erst erzeugt werden? Ist nicht der ganze Raum ständig mir Higgs-Bosonen gefüllt?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Im Raum ist das Higgsfeld (genauer: dessen Vakuumwert v) vorhanden; aber das Higgsboson entspricht wie jedes andere Teilchen auch den Fluktuationen des Higgsfeldes; man schreibt genauer

Und dieses h(x) wird dann zum Higgsboson; es ist nicht ständig "da" und kann in den Streuprozessen so behandelt werden wie jedes andere Teilchen auch. Ein einlaufendes Proton besteht in nullter Näherung aus drei einlaufenden Quarks; deren Masse stammt aus der Wechselwirkung mit v; ein Higgsboson entsprechend h(x) kann erst aus aus einem Wechselwirkungsterm d.h. einem Vertex in einem Feynmandiagramm entstehen.

Gustav123 · Gast

Das heißt also, dass alle Elementarteilchen ihre Masse nicht durch die Wechselwirkung mit dem Higgs-Boson erhalten, sondern durch die Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld bzw. dessen Vakuumerwartungswert.

Um ein Higgs-Boson zu erzeugen muss man also 126 GeV "in" das Higgs-Feld "stecken".

Muss man jetzt die 126 GeV zusätzlich zu den 246 GeV (Vakuumerwartungswert) hineinstecken?

IsabellaCullen · Anmeldungsdatum: 13.11.2012 Beiträge: 71

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Gustav123 · Gast

Warum wird der Vakuumerwartungswert eigentlich mir einer Energieeinheit angegeben?

Soweit ich weiß hast du mir mal erklärt, dass der Vakuumerwartungswert, also die 246 GeV im Sombrero Potential nach rechts aufgetragen werden, oder?

Was ist dann aber eigentlich dieser Wert (anschaulich)?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Gustav123 · Gast

Ich wollte nochmal nachfragen, ob das richtig ist, was ich hier schreibe:

1. Der Vakuumerwartungswert wird wie gesagt nach rechts aufgetragen und geht von der Mitte des Sombrero-Potentials zur Sombrero Rinne, wo das Minimum liegt.

2. Dadurch, dass der Wert 246 GeV beträgt ist das Higgs-Feld immer "da".

3. Bei 246 GeV befindet sich das Higgs-Feld (Potential) im Minimum.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Ich denke, du hast das im wesentlichen richtig verstanden; ich würde es teilw. etwas anders formulieren

## · Gast

Gustav123 · Gast

Woher kennt man eigentlich den Vakuumerwartungswert so genau?
Soweit ich weiß, war dieser Wert schon vor der Entdeckung des Higgs-Bosons bekannt.

Gustav123 · Gast

Jetzt hätte ich nochmal ne Frage zum Thema "Quarks".

Was genau sind diese Strukturfunktionen? Kann man das auch ohne viel mathematisches Hintergrundwissen verstehen?

Inwiefern haben diese Strukturfunktionen etwas mit der tiefinelastischen Streuung zu tun?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Die Strukturfunktionen beschreiben grob gesprochen die Impulsverteilung (Spinbruchteil usw.) der Quarks in den Hadronen, also welchen Anteil eine bestimmte Quarksorte zu einer bestimmten physikalischen Größe des Protons Hadrons leistet.

Aber das hatten wir doch oben schon - siehe die Links einige Beiträge weiter oben

Gustav123 · Gast

Warum wurde das Top-Quark eigentlich erst so (relativ) spät nachgewiesen?
Hat das etwas mit der Energie zu tun?
Wie wurde das Top-Quark eigentlich nachgewiesen?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Aufgrund der hohen Masse benötigt man eine extrem hohe Schwerpunktsenergie der Stoßpartner.

Der Nachweis erfolgt über die Zerfallsprodukte des Top-Quarks.

http://en.wikipedia.org/wiki/Top_quark

Gustav123 · Gast

Wenn es bei Teilchenkollisionen dazu kommt, dass ein Quark oder Gluon aus dem Confinement herausgerissen wird, dann kommt es zur Hadronisierung.

Ist es jetzt so, dass die Energie, die in der Bindung steckt (vergleichbar mit einem Gummiseil) dazu führt, dass ein neues Quark-Antiquark-Paar entsteht, die dann ein neues Hadron bilden?

Oder entstehen einfach kontinuierlich Quark-Antiquark-Paare aus dem "Nichts", die dann mit dem ursprüngelichen Quark ein Hadron bilden?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Die Energie steckt in der Bewegungsenergie; diese wird teilweise "in Masse umgewandelt"

Gustav123 · Gast

Das heißt ein einzelnes Quark oder Gluon besitzt soviel an Bewegungsenergie, die dann ausreicht, ein neues Quark oder Antiquark zu bilden?

Steckt nicht auch viel Energie in der Bindung der Quarks?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Ja, der wesentliche Beitrag steckt in der kinetischen Energie

Gustav123 · Gast

Aber in der Bindung der Quarks (starke Kernkraft) steckt doch auch viel Energie, oder?

Deshalb kann man ein einziges Quark niemals von anderen isolieren.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Diese Bindungsenergie muss man überwinden (also reinstecken)

Gustav123 · Gast

In Wikipedia steht noch, dass die Gluonen einen Strang bilden und das hätte was damit zu tun, dass man das Quark nicht von den anderen trennen kann.
Stimmt das?

Ist es jetzt die Bewegungsenergie, die Bindungsenergie, oder ist es die Farbladung, die dafür sorgt, dass ein Quark nie isoliert vorkommt?