QED: Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie (German Edition)

Jahren kamen sie dann mit der Quantentheorie der starken Wechselwirkung (oder Quantenchromodynamik) heraus, deren Hauptakteure die »Quarks« genannten Teilchen sind. Alle aus Quarks zusammengesetzten Teilchen werden in zwei Klassen eingeteilt: einige, wie Protonen und Neutronen, bestehen aus drei Quarks (und laufen unter dem scheußlichen Namen »Baryonen«), andere, zum Beispiel Pionen, bestehen aus einem Quark und einem Antiquark (und werden Mesonen genannt).
    Versuchen wir einmal, die fundamentalen Elementarteilchen, wie sie uns heute erscheinen, in einer Tabelle anzuordnen (vgl. Abb. 79). Beginnen wir mit den Teilchen, die sich nach der Formel E(A nach B) – modifiziert durch dieselbe Art von Polarisationsgesetzen, wie sie für Elektronen gelten – von Punkt zu Punkt bewegen, also Teilchen mit dem Spin 1/2. Das erste in dieser Kategorie ist das Elektron mit seiner Massenzahl 0,511 MeV. 25

     
    Unter dem Elektron will ich ein Kästchen (für später) frei lassen und darunter zwei Arten von Quarks eintragen – das d- und das u- Quark. Die Masse dieser Quarks ist nicht genau bekannt, wird aber (wohl recht zutreffend) auf etwa 20 MeV für jedes von ihnen geschätzt. (Das Neutron ist etwas schwerer als das. Proton, was – wie Sie gleich sehen werden – darauf schließen läßt, daß das d- Quark etwas schwerer ist als das u- Quark. )
    In das Kästchen neben dem Teilchen will ich seine Ladung oder die Kopplungskonstante in Form von –j , also die Zahl für Kopplungen mit Photonen mit umgekehrtem Vorzeichen, eintragen. Diese beträgt beim Elektron gemäß einer von Benjamin Franklin eingeführten Konvention, die wir getreulich bewahrt haben, –1. Die Amplitude, daß ein d- Quark an ein Photon koppelt, ist –1/3, die für ein u- Quark +2/3. (Hätte Benjamin Franklin schon etwas von Quarks geahnt, hätte er die Ladung des Elektrons wohl mit –3 angesetzt!)
    Nun ist die Ladung des Protons +1 und die des Neutrons 0, und einige Zahlenspielereien machen deutlich, daß ein Proton (bestehend aus drei Quarks) aus zwei u s und einem d zusammengesetzt sein muß, ein Neutron dagegen (das ebenfalls aus drei Quarks besteht) aus zwei d s und einem u (vgl. Abb. 80)

     
    Was aber hält diese Quarks zusammen? Photonen, die von einem zum andern wandern? (In der Tat emittieren und absorbieren Quarks, genau wie Elektronen, Photonen, da das d- Quark eine Ladung von –1/3 und das u- Quark eine Ladung von +2/3 hat.) Nein, Photonen sind es nicht, denn diese elektrischen Kräfte wären dafür viel zu schwach. Deshalb hat man für die Quarks andere hin- und herfliegende Spielbälle erfunden und »Gluonen« getauft. 26 Gluonen sind, wie die Photonen, Elementarteilchen mit einem Spin 1 und bewegen sich mit einer Amplitude von Punkt zu Punkt, die sich mit genau derselben Formel berechnen läßt wie bei Photonen: P(A nach B). Die Amplitude, daß Gluonen von Quarks emittiert oder absorbiert werden, wird mit der mysteriösen Zahl g bezeichnet, die viel größer ist als j (vgl. Abb. 81).

     
    Die Diagramme für den Gluonenaustausch von Quarks gleichen den Diagrammen für den Photonenaustausch von Elektronen fast aufs Haar (vgl. Abb. 82). In der Tat fühlt man sich nahezu versucht, den Physikern Einfallslosigkeit vorzuwerfen und sie zu beschuldigen, die Theorie der Quantenelektrodynamik einfach auf die starken Wechselwirkungen übertragen zu haben. Was – von einer freilich nicht unbedeutenden Kleinigkeit abgesehen – auch tatsächlich zutrifft.

     
    Die Quarks weisen eine zusätzliche Art der Polarisation auf, die in keinem Zusammenhang mit der Geometrie steht. Leider ist den idiotischen Physikern, die offensichtlich nicht mehr imstande sind, eins der wundervollen griechischen Wörter aufzutun, nichts Besseres dafür eingefallen als die unselige Bezeichnung »Farbe«, worunter man beileibe keine Farbe in der gewöhnlichen Bedeutung des Wortes verstehen darf. Unter Farbe – den drei Farben R, G oder B (Sie ahnen vermutlich, wofür die Buchstaben stehen) – hat man vielmehr den Zustand zu verstehen, in dem sich ein Quark zu einem bestimmten Zeitpunkt befindet. Diese Farbe kann sich durch die Emission oder Absorption eines Gluons ändern. Die Gluonen treten, entsprechend den »Farben«, an die sie koppeln können, in acht verschiedenen Arten auf. Zum Beispiel verwandelt sich ein rotes Quark durch die Emission eines rot-antigrünen Gluons in ein grünes Quark; das heißt, dieses bestimmte Gluon nimmt dem Quark das Rot und gibt