Hadronen - Ordnungsschema und Quarkstruktur

Unter den stark wechselwirkenden Teilchen, den Hadronen, treten viele Teilchen mit unterschiedlichen Eigenschaften auf. Diese "Inneren Eigenschaften" werden durch die Masse (Ruheenergie) und folgende Quantenzahlen bestimmt: Eigendrehimpuls (Spin) und elektrische Ladung Q. Teilchen nahezu gleicher Masse fasst man nun zusammen und definiert für sie eine weitere Eigenschaft, die Hyperladung Y, welche sich aus dem doppelten Ladungsschwerpunkt (mittlere Ladung innerhalb der Teilchengruppe) ergibt. Schließlich führt man noch den Isospin I3 = Q - 2Y ein. Verwandte Teilchen, die sich nur in der Ladung unterscheiden, bilden dann sogenannte Isospin-Multipletts. Bei den Baryonen finden wir z. B. das Isospindublett (n,p) bestehend aus Neutron und Proton. Unter den Mesonen gehören die Pionen zu einem Isospintriplett (π-0+). Trägt man die diversen Teilchenmultipletts in einem I3-Y-Koordinatensystem auf, so erhält man Figuren von bemerkenswerter Gestalt.
Diese symmetrischen Ordnungsschemata lassen sich mit Hilfe der SU(3)-Algebra verstehen. Sämtliche Multiplettformen lassen sich aus Fundamentalzellen, den SU(3)-Tripletts aufbauen. Diese enthalten jene drei Quarks, aus denen die Hadronen in den Multipletts zusammengesetzt sind, nämlich den up-, down- und strange-Quark, sowie die zugehörigen Antiteilchen. Sie lassen sich jeweils zu einem Quark- bzw. Antiquark-Triplett zusammenfassen.
Nach dem Quarkmodell kann man Baryonen als Bindugszustände von drei Quarks, die Mesonen als Bindungszustände von einem Quark und einem Antiquark verstehen. Dass die Kombinationen gerade die verlangten Eigenschaften haben, verifiziert man durch Addition der Quarkladungen und -hyperladungen nach der Quark-Antiquark-Tabelle und Vergleich mit den entsprechenden Baryonen- bzw. Mesonenquantenzahlen.

 

Hadronen

© Atomchip

Abbildung: Quark-/Antiquarktabelle mit Baryonenquantenzahl B, Ladung Q, 3. Isospinkomponente I3 und Hyperladng Y.