Δ-Baryon
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Delta-Baryon (Δ++,Δ+,Δ0,Δ−) | |
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| Klassifikation | |
| Fermion Hadron Baryon | |
| Eigenschaften [1] | |
| Ladung | 2, 0 oder ±1 e (+3,204 · 10−19 C, 0 oder ±1,602 · 10−19 C) |
| Masse | |
| SpinParität | 3/2+ |
| Isospin | 3/2 (z-Komponente ±3/2,±1/2) |
| Zerfallsbreite | ≈118 MeV |
| Quark-Zusammensetzung | uuu, uud, udd, ddd |
Die Δ-Baryonen (Delta-Baryonen) oder Delta-Resonanzen sind Baryonen, die aus Up- und Down-Quarks bestehen. Sie besitzen Spin und Isospin 3/2.
Es gibt vier verschiedene Δ-Baryonen, die meist durch ihre elektrische Ladung gekennzeichnet werden: Δ++, Δ+, Δ0 und Δ−.
Δ+ und Δ0 bestehen aus den gleichen Quarks wie die Nukleonen Proton und Neutron und können deshalb als deren Spinanregung aufgefasst werden.
Es wurde als erste Pion-Nukleon-Resonanz 1951 am Zyklotron in Chicago von Herbert L. Anderson, Enrico Fermi, E. A. Long und Darrah E. Nagle entdeckt.[2][3] Beobachtet wurde eine Resonanz bei einer Energie der an Protonen gestreuten Pionen von etwa 180 MeV. Sie wurde von Keith Brueckner mit dem Isospin-Modell von Pionen und Nukleonen erklärt.
Beschreibung
Die vier Δ-Baryonen gehören dem SU(3)-Dekuplett an. Sie unterscheiden sich durch ihren Quarkinhalt, welcher abstrakt als Isospin-3/2-Vektor im Flavourraum aufgefasst werden kann. Der Quarkinhalt der Δ-Baryonen lautet
Symbol Quarkinhalt Isospin-z-Komponente Δ++ uuu +3/2 Δ+ uud +1/2 Δ0 udd −1/2 Δ− ddd −3/2
Δ-Baryonen zerfallen zu nahezu 100 % in ein Nukleon und ein Pion. Ein sehr geringer Anteil (<1 %) zerfällt unter Aussenden eines Photons in ein Nukleon.[4]
Besonderheiten
Betrachtet man nur die Spin- und Flavour-Anteile, stellen die Δ-Baryonen Δ++ und Δ− scheinbar eine Verletzung des Pauli-Prinzips dar. Als Fermionen müssten sie nämlich eine anti-symmetrische Wellenfunktion besitzen, ihre Spin- und Flavour-Wellenfunktionen sind jedoch komplett symmetrisch, z. B.
- $ \Delta ^{++}=u(+)u(+)u(+) $,
wo $ u\, $ für Up-Quark steht und + für die Spin-Projektion.
Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, dass ein weiterer Freiheitsgrad für Quarks postuliert wird, die sogenannte Farbladung. Führt man diese neue Quantenzahl ein, so erhält man
- $ \Delta ^{++}=\Sigma \,\varepsilon _{gbr}\,u^{g}(+)u^{b}(+)u^{r}(+) $
mit dem Levi-Civita-Symbol $ \varepsilon _{gbr} $ und den Farbfreiheitsgraden $ g,b\, $ und $ r\, $ (grün, blau, rot). Damit ist die Wellenfunktion wieder anti-symmetrisch.
So trugen die Δ-Baryonen zur Entwicklung der Quantenchromodynamik bei.[5]
Heute sind die Δ-Baryonen weiterhin von theoretischem Interesse, da sich an ihnen, analog zu den ρ-Mesonen, Modelle der Dynamik der starken Kraft testen lassen.
Siehe auch
Einzelnachweise
- ↑ Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus: K. Nakamura et al. (Particle Data Group): Review of Particle Physics. In: Journal of Physics G, 37, 2010, 075021, lbl.gov
- ↑ H. L. Anderson, E. Fermi, E. A. Long, D. E. Nagle: Total Cross Sections of Positive Pions in Hydrogen. In: Phys. Rev., Band 85, 1952, S. 936, princeton.edu (PDF)
- ↑ Darrah E. Nagle: The Delta - the first pion nucleon resonance, LALP 84-27. (PDF) Los Alamos National Laboratory; nach einer Vorlesung zu Ehren von Herbert Anderson an der Universität Chicago 1982.
- ↑ N. Nakamura et al. (2010): Particle listings – Δ (PDF; 70 kB)
- ↑ F. Yndurain: The Theory of Quarks and Gluon interactions. 4. Auflage. Springer, 2006, ISBN 3-540-64881-X.