The Eightfold Way...

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1 The Eightfold Way...

2 Mit der inflationären Entdeckung immer neuer Elementarteilchen aus der Hadronenfamilie versuchte man Ordnungsprinzipien zu erkennen, die zur Einführung spezieller Symmetriegruppen führte. Dazu ordnete man Teilchen nach ihren Quanteneigenschaften in Gruppen, z.b. in Singuletts ( 0, Ω ), in Dubletts ( Ξ 0, Ξ ; K +, K ) und in Tripletts ( Σ +, Σ 0, Σ ; π +, π 0, π sowie in noch größere Strukturen (Supermultipletts): Baryonen-Oktett Baryonen - Dekuplett Gruppen von Hadronen verhalten sich in Bezug auf die starke Wechselwirkung analog.

3 Symmetrieprinzipien Zusätzlich zu den klassischen Symmetrien von Raum (Homogenität und Isotropie) und Zeit (Homogenität) kommen in der Mikrophysik weitere Symmetrien dazu: 1. Ladungsinvarianz (C-Invarianz) Ändert man mit Ausnahme des Spins und des Isospins das Vorzeichen aller ladungsartigen Quantenzahlen eines Teilchens dann erhält man dessen Antiteilchen. (Anmerkung: Bosonen: Parität ändert sich nicht; Fermionen: Parität wechselt Vorzeichen) Nur Bosonen können mit ihrem Antiteilchen identisch sein (z.b. γ) Teilchen und Antiteilchen zerstrahlen (Annihilation) Werden in einem physikalischen System alle Teilchen durch ihre entsprechenden Antiteilchen ersetzt, so gelten in dem so entstehenden System die gleichen physikalischen Gesetzmäßigkeiten wie in dem ursprünglichen, falls die Teilchen nur der starken und der elektromagnetischen Wechselwirkung unterliegen.

4 2. Raumspiegelung Ändert eine physikalische Größe bei einer Raumspiegelung sein Vorzeichen (z.b. ein axialer Vektor wie die Winkelgeschwindigkeit) ungerade Parität Ändert eine physikalische Größe bei einer Raumspiegelung sein Vorzeichen nicht (z.b. ein polarer Vektor wie die Geschwindigkeit) gerade Parität P = -1 ungerade Parität Rechte Hand Linke Hand Rechtsschraube Linksschraube Quantenmechanik ψ r = ψ r P= +1 ψ r = ψ r P= -1 Die Gesamtparität eines physikalischen Systems ist das Produkt seiner Einzelparitäten. In einem abgeschlossenen physikalischen System laufen nur solche Vorgänge ab, welche die Gesamtparität nicht verändern. P-Invarianz Paritätserhaltung ist nur bei starker und elektromagnetischer WW gegeben

5 Das Wu-Experiment Paritätsverletzung unter der schwachen WW Chien-Shiung Wu ( ) Den Nobelpreis für die Vorhersage der Paritätsverletzung ging 1957 an Tsung-Dao Lee und Chen-Ning Yang

6 3. C-P - Invarianz Werden in einem physikalischen System alle Teilchen durch ihre Antiteilchen ersetzt und das so entstandene System zusätzlich einer Raumspiegelung unterworfen, dann gelten in dem resultierenden System die gleichen physikalischen Gesetzmäßigkeiten wie in dem Ausgangssystem, unabhängig davon, welchen Wechselwirkungen die Teilchen unterliegen. 4. C-P-T - Invarianz Die T-Operation (Zeitumkehr) verändert die Vorzeichen aller Geschwindigkeiten und Winkelgeschwindigkeiten. C-P-T Invarianz bedeutet, daß ein reales Experiment dann in ein ebenfalls reales Experiment überführt wird, wenn man von den Teilchen zu den entsprechenden Antiteilchen bei gleichzeitiger Raumspiegelung und Umkehr aller Geschwindigkeiten übergeht. Man glaubt, daß die C-P-T Invarianz für alle WW gilt.

7 Partonen Nukleonen zeigen eine Struktur Ende der 60ziger Jahre zeigten Streuexperimente an Atomkernen, daß die Nukleonen eine innere Struktur besitzen. Man konnte zeigen, daß es in einem Nukleon mindestens drei punktförmige Streuzentren geben muß. Sie wurden von Richard Feynman als Partonen bezeichnet. Tief-inealstische Elektronen-Nukleonen-Streuung Diese experimentellen Ergebnisse schienen ein theoretisch aus den Supermultiplett- Symmetrien abgeleitetes Modell von Murray Gell-Mann zu bestätigen Quark-Modell

8 Die Hadronen bestehen aus Subteilchen den Quarks Baryonen: Mesonen: drei Quarks Quark Antiquark - Paar Besonderheit der Quarks: Drittelzahlige elektrische Ladung Besitzen eine eigene Ladung mit 3 Zuständen - Color Color -> {Rot, Grün, Blau} -> Baryon: farblos {Antirot, Antigrün, Antiblau} -> Meson: farblos

9 Auflösung des J=1/2 b Baryonen-Supermultipletts durch Quarks Der Weg, der zum Aufhören von Unwissenheit führt, ist eben dieser Edle Achtfache Pfad; nämlich Richtige Ansicht, Richtige Absicht, Richtige Rede, Richtiges Handeln, Richtige Lebensweise, Richtige Anstrengung, Richtige Achtsamkeit, Richtige Konzentration.

10 Der Beta-Zerfall im Quark-Bild... Feynman-Diagramm des Beta-Zerfalls

11 Größenskala Atome und Elementarteilchen