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[[Datei:Strangeness V-Teilchen.png|mini|[[DESY]]-[[Blasenkammer]] | [[Datei:Strangeness V-Teilchen.png|mini|upright=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]]. | 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. | 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" | {| class="wikitable float-right" style="text-align:center" | ||
! [[Generation (Teilchenphysik)|Generation]] | |||
! colspan = "2" | 1 | |||
! colspan = "2" | 2 | |||
! colspan = "2" | 3 | |||
|- style="border-top: 2pt black solid" | |||
! Up-Typ | |||
! colspan = "2" | up | |||
! colspan = "2" | charm | |||
! colspan = "2" | top | |||
|- | |||
| Quark / Antiquark | |||
| style="width: 4em"| '''u''' | |||
| style="width: 4em"| '''<span style="text-decoration:overline">u</span>''' | |||
| style="width: 4em"| '''c''' | |||
| style="width: 4em"| '''<span style="text-decoration:overline">c</span>''' | |||
| style="width: 4em"| '''t''' | |||
| style="width: 4em"| '''<span style="text-decoration:overline">t</span>''' | |||
|- | |||
| rowspan = "2" | Flavour-<br />Quantenzahl | |||
| +½ | |||
| −½ | |||
| +1 | |||
| −1 | |||
| +1 | |||
| −1 | |||
|- style="border-bottom: 2pt black solid" | |||
| 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''' | |||
| '''<span style="text-decoration:overline">d</span>''' | |||
| class = "hintergrundfarbe8" | '''s''' | |||
| class = "hintergrundfarbe8" | '''<span style="text-decoration:overline">s</span>''' | |||
| '''b''' | |||
| '''<span style="text-decoration:overline">b</span>''' | |||
|- | |||
| rowspan = "2" | Flavour-<br />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 | Die Strangeness eines Systems ist gleich der negativen Anzahl der [[Strange-Quark]]s '''s''' plus der Anzahl der zugehörigen [[Antiteilchen]], der Strange-Antiquarks '''<span style="text-decoration:overline">s</span>''': | ||
:<math>S = - n_s + n_{\overline{s}}.</math> | :<math>S = - n_s + n_{\overline{s}}.</math> | ||
Historisch bedingt lautet die [[Konvention]], dass ein Strange-Quark | Historisch bedingt lautet die [[Konvention]], dass ein Strange-Quark '''s''' als Quark-Teilchen vom [[Quark (Physik)#Quark-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 '''<span style="text-decoration:overline">s</span>''' 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 '''<span style="text-decoration:overline">b</span>''', 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)#Quark-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 '''<span style="text-decoration:overline">c</span>''' bzw. '''<span style="text-decoration:overline">t</span>''' haben <math>C = -1</math> bzw. <math>T = -1</math>. | ||
== Physik seltsamer Materie == | == Physik seltsamer Materie == | ||
Strange-Quarks entstehen beispielsweise bei der [[Kollision]] von [[Proton]]en und [[Neutron]]en, Protonen und Protonen oder Protonen und [[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. | Strange-Quarks entstehen beispielsweise bei der [[Stoß (Physik)|Kollision]] von [[Proton]]en und [[Neutron]]en, Protonen und Protonen oder Protonen und [[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. | Die Strangeness bleibt bei Vorgängen der starken und der [[Elektromagnetische Wechselwirkung|elektromagnetischen Wechselwirkung]] [[Erhaltungsgröße|erhalten]], kann aber bei schwacher Wechselwirkung verändert werden. | ||
== Weblinks == | == Weblinks == | ||
* [[b:Teilchenphysik: Teilcheneigenschaften#Die Seltsamkeit von Teilchen|Wikibooks: Teilchenphysik: Teilcheneigenschaften]] | * [[b:Teilchenphysik: Teilcheneigenschaften#Die Seltsamkeit von Teilchen|Wikibooks: Teilchenphysik: Teilcheneigenschaften]] | ||
[[Kategorie:Quantenfeldtheorie]] | [[Kategorie:Quantenfeldtheorie]] | ||
[[Kategorie:Seltsame Materie]] | [[Kategorie:Seltsame Materie]] | ||
Die Strangeness $ S\,\! $ (engl.) bezeichnet die Quantenzahl für die Seltsamkeit eines Teilchens oder Zustandes im Standardmodell der Elementarteilchenphysik. Sie ist neben Isospin, Charm, Bottomness und Topness eine der Flavour-Quantenzahlen der Quarks.
Ihr Name stammt von den ersten, 1947 in der Höhenstrahlung entdeckten Seltsamen Teilchen (engl. strange particles), deren Lebensdauer deutlich länger war als die der anderen damals bekannten instabilen Teilchen. Dazu zählten insbesondere Kaonen (Mesonen aus einem u- oder d-Quark und Strange-Quarks, sie waren die 1947 zuerst entdeckten seltsamen Teilchen) und Hyperonen (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.
| Generation | 1 | 2 | 3 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Up-Typ | up | charm | top | |||
| Quark / Antiquark | u | u | c | c | t | t |
| Flavour- Quantenzahl |
+½ | −½ | +1 | −1 | +1 | −1 |
| Isospin $ I_{3} $ | Charm $ C $ | Topness $ T $ | ||||
| Down-Typ | down | strange | bottom | |||
| Quark / Antiquark | d | d | s | s | b | b |
| Flavour- Quantenzahl |
−½ | +½ | −1 | +1 | −1 | +1 |
| Isospin $ I_{3} $ | Strangeness $ S $ | Bottomness $ B' $ | ||||
Die Strangeness eines Systems ist gleich der negativen Anzahl der Strange-Quarks s plus der Anzahl der zugehörigen Antiteilchen, der Strange-Antiquarks s:
Historisch bedingt lautet die Konvention, dass ein Strange-Quark s als Quark-Teilchen vom Down-Typ dem System (wie z. B. dem Hadron), an welchem es beteiligt ist, einen Beitrag von $ S=-1 $ zur Strangeness liefert; das Strange-Antiquark s dagegen $ S=+1 $. (Diese Vorzeichenkonvention gilt – da auch vom Down-Typ – auch für die Bottomness des Bottom-Quarks b mit $ B'=-1 $; sein Antiteilchen, das Bottom-Antiquark b, hat $ B'=+1 $.) 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 Up-Typ für ihre zugehörigen Quantenzahlen die umgekehrten Vorzeichen: den Charm $ C=+1 $ bzw. die Topness $ T=+1 $; die jeweiligen Antiteilchen c bzw. t haben $ C=-1 $ bzw. $ T=-1 $.
Strange-Quarks entstehen beispielsweise bei der Kollision von Protonen und Neutronen, Protonen und Protonen oder Protonen und Photonen und haben eine vergleichsweise lange Lebensdauer. Das kann dadurch erklärt werden, dass für ihr Entstehen die starke Wechselwirkung verantwortlich ist, für ihren Zerfall aber die schwache Wechselwirkung. Dies führt dazu, dass man in Blasenkammeraufnahmen sogenannte V-Teilchen sehen kann, scheinbar aus dem Nichts entstehende, V-förmig abgehende Spuren. Der Zerfallsvertex 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 elektromagnetischen Wechselwirkung erhalten, kann aber bei schwacher Wechselwirkung verändert werden.
