Strangeness

2023-09-10T10:14:50Z

37.201.244.71: /* Physik seltsamer Materie */ Einfacher. Bleibt: Immer oder können?

[[Datei:Strangeness V-Teilchen.png|mini|hochkant=1.45|[[DESY]]-[[Blasenkammer]]aufnahme: ein von rechts eingeschossenes 3 GeV-[[Photon]] stieß höchstwahrscheinlich mit einem [[Proton]] zusammen (Wasserstoff-Blasenkammer). Dabei wurden Teilchen mit Strangeness erzeugt.]]

Die '''Strangeness''' <math>S \,\!</math> (engl.) bezeichnet die [[Quantenzahl]] für die '''Seltsamkeit''' eines [[Teilchen]]s oder Zustandes im [[Standardmodell]] der [[Elementarteilchenphysik]]. Sie ist neben [[Isospin]], [[Charm (Physik)|Charm]], [[Bottomness]] und [[Topness]] eine der [[Flavour]]-Quantenzahlen der [[Quark (Physik)|Quarks]].

Ihr Name stammt von den ersten, 1947 in der [[Höhenstrahlung]] entdeckten [[Seltsame Teilchen|Seltsamen Teilchen]] (engl. ''strange particles''), deren [[Lebensdauer (Physik)|Lebensdauer]] deutlich länger war als die der anderen damals bekannten instabilen Teilchen. Dazu zählten insbesondere [[Kaon]]en (Mesonen aus einem u- oder d-Quark und Strange-Quarks, sie waren die 1947 zuerst entdeckten seltsamen Teilchen) und [[Hyperon]]en (Baryonen mit einem Strange-Quark). Die Strangeness-Quantenzahl wurde zur Erklärung der Eigenschaften dieser neuen Teilchen von [[Murray Gell-Mann]] (1953), [[Abraham Pais]] und [[Kazuhiko Nishijima]] eingeführt.

== Definition und Vorzeichenwahl ==

{| class="wikitable float-right" style="text-align:center"
! [[Generation (Teilchenphysik)|Generation]]
! colspan="2"| 1
! colspan="2"| 2
! colspan="2"| 3
|- style="border-top:2pt solid black"
! Up-Typ
! colspan="2"| up
! colspan="2"| charm
! colspan="2"| top
|-
| Quark / Antiquark
| style="width: 4em"| '''u'''
| style="width: 4em"| '''u'''
| style="width: 4em"| '''c'''
| style="width: 4em"| '''c'''
| style="width: 4em"| '''t'''
| style="width: 4em"| '''t'''
|-
| rowspan = "2" | Flavour- Quantenzahl
| +½
| −½
| +1
| −1
| +1
| −1
|- style="border-bottom:2pt solid black"
| colspan = "2" | Isospin <math>I_3</math>
| colspan = "2" | Charm <math>C</math>
| colspan = "2" | Topness <math>T</math>
|-
! Down-Typ
! colspan="2"| down
! colspan="2" class="hintergrundfarbe8"| strange
! colspan="2"| bottom
|-
| Quark / Antiquark
| '''d'''
| '''d'''
| class = "hintergrundfarbe8" | '''s'''
| class = "hintergrundfarbe8" | '''s'''
| '''b'''
| '''b'''
|-
| rowspan = "2" | Flavour- Quantenzahl
| −½
| +½
| class = "hintergrundfarbe8" | −1
| class = "hintergrundfarbe8" | +1
| −1
| +1
|-
| colspan = "2" | Isospin <math>I_3</math>
| colspan = "2" class = "hintergrundfarbe8" | Strangeness <math>S</math>
| colspan = "2" | Bottomness <math>B'</math>
|}

Die Strangeness eines Systems ist gleich der negativen Anzahl der [[Strange-Quark]]s '''s''' plus der Anzahl der zugehörigen [[Antiteilchen]], der Strange-Antiquarks '''s''':

:<math>S = - n_s + n_{\overline{s}}.</math>

Historisch bedingt lautet die [[Konvention]], dass ein Strange-Quark '''s''' als Quark-Teilchen vom [[Quark (Physik)#Flavours|Down-Typ]] dem System (wie z. B. dem [[Hadron]]), an welchem es beteiligt ist, einen Beitrag von <math>S = -1</math> zur Strangeness liefert; das Strange-Antiquark '''s''' dagegen <math>S =+1</math>. (Diese Vorzeichenkonvention gilt – da auch vom Down-Typ – auch für die Bottomness des [[Bottom-Quark]]s '''b''' mit <math>B' = -1</math>; sein Antiteilchen, das Bottom-Antiquark '''b''', hat <math>B' = +1</math>.) Alle anderen fundamentalen Elementarteilchen sind ''nicht'' „seltsam“, haben also eine Strangeness von 0.

Im Gegensatz dazu haben das [[Charm-Quark]] '''c''' sowie das [[Top-Quark]] '''t''' als Quarks vom [[Quark (Physik)#Flavours|Up-Typ]] für ihre zugehörigen Quantenzahlen die umgekehrten [[Positive und negative Zahlen|Vorzeichen]]: den Charm <math>C = +1</math> bzw. die Topness <math>T = +1</math>; die jeweiligen Antiteilchen '''c''' bzw. '''t''' haben <math>C = -1</math> bzw. <math>T = -1</math>.

== Physik seltsamer Materie ==

Strange-Quarks entstehen beispielsweise bei der [[Stoß (Physik)|Kollision]] von [[Proton]]en mit [[Neutron]]en, Protonen oder [[Photon]]en und haben eine vergleichsweise lange Lebensdauer. Das kann dadurch erklärt werden, dass für ihr Entstehen die [[starke Wechselwirkung]] verantwortlich ist, für ihren [[Radioaktivität|Zerfall]] aber die [[schwache Wechselwirkung]]. Dies führt dazu, dass man in [[Blasenkammer]]<nowiki />aufnahmen sogenannte ''V-Teilchen'' sehen kann, scheinbar aus dem Nichts entstehende, V-förmig abgehende Spuren. Der Zerfalls[[Vertex #Kern- und Teilchenphysik|vertex]] dieser V-Spur zeigt dabei zumeist auf einen anderen (primären) Vertex. Die nicht sichtbare Verbindungslinie kommt durch ein neutrales Teilchen mit Strangeness zustande.

Die Strangeness bleibt bei Vorgängen der starken und der [[Elektromagnetische Wechselwirkung|elektromagnetischen Wechselwirkung]] [[Erhaltungsgröße|erhalten]], kann aber bei schwacher Wechselwirkung verändert werden.

== Weblinks ==

* [[b:Teilchenphysik: Teilcheneigenschaften#Die Seltsamkeit von Teilchen|Wikibooks: Teilchenphysik: Teilcheneigenschaften]]

[[Kategorie:Quantenfeldtheorie]]
[[Kategorie:Seltsame Materie]]

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