Teilchenphysik – Quarks, Hadronen und Erhaltungssätze
PhysikQuanten- und KernphysikAlter 17–18
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Setzen Sie Quarks und Antiquarks zu Baryonen und Mesonen zusammen, lesen Sie Ladung Q, Baryonenzahl B und Strangeness S ab und sehen Sie, warum nur farbneutrale Kombinationen existieren. Der Bildschirm Erhaltungssätze prüft vorgegebene oder eigene Reaktionen und Zerfälle auf Q, B, die Leptonenzahlen L_e und L_μ, S und Ruheenergie und nennt die verantwortliche Wechselwirkung. Standardmodell zeigt die drei Generationen von Quarks und Leptonen, die Eichbosonen und das Higgs-Boson; Kollisionen baut Detektorspuren aus Z-, W- und Higgs-Zerfällen auf und erstellt ein Histogramm der gemessenen Masse; Vier Wechselwirkungen vergleicht Stärke, Reichweite und Austauschteilchen.
Lektion: Teilchenphysik: Quarks, Leptonen und fundamentale Wechselwirkungen
Was sie zeigt
Protonen, Neutronen und andere Hadronen bestehen aus Quarks. Ein Baryon enthält drei Quarks, ein Meson ein Quark und ein Antiquark; Quarks tragen Farbladung, und nur farbneutrale Kombinationen existieren als freie Teilchen. Jedes Quark hat die Ladung +2/3 e oder −1/3 e und die Baryonenzahl 1/3, ein Strange-Quark hat die Strangeness −1, die Summen ergeben sich also durch Addieren. In jeder Reaktion bleiben Ladung, Baryonenzahl und jede Leptonenzahl erhalten; die Strangeness bleibt bei starker und elektromagnetischer Wechselwirkung erhalten, kann sich aber bei schwachen Zerfällen um 1 ändern. Das Modell benennt nur die leichtesten Zustände und erkennt die Wechselwirkung mit einfachen Faustregeln.
So funktioniert es
Drücken Sie unter Hadron bauen die Quark-Tasten, um bis zu drei Quarks oder Antiquarks in den Beutel zu legen, und verfolgen Sie die Summen. Wählen Sie unter Erhaltungssätze eine Reaktion oder Eigene Reaktion, nutzen Sie dann Teilchen hinzufügen zu und die Teilchen-Tasten; drücken Sie Reaktion ablaufen lassen. Tippen Sie im Standardmodell auf ein Feld, um seine Eigenschaften zu sehen. Drücken Sie unter Kollisionen Kollidieren oder 25 Kollisionen, um das Histogramm zu füllen. Verschieben Sie unter Vier Wechselwirkungen Abstand r zweier Protonen.
Einstellbare Parameter
- Bildschirm Hadron bauen, Erhaltungssätze, Standardmodell, Kollisionen, Vier Wechselwirkungen
- Reaktion oder Zerfall Beta-minus-Zerfall des Neutrons, Beta-plus-Zerfall des Protons, Elektroneneinfang, Zerfall des Myons, Zerfall des positiven Pions, Zerfall des positiven Kaons, Zerfall des Lambda-Teilchens, Zerfall des neutralen Pions, Pion und Proton erzeugen seltsame Teilchen, Kaon und Proton erzeugen ein Omega, Proton-Antiproton-Vernichtung, Pion und Proton erzeugen ein negatives Kaon, Protonenzerfall (hypothetisch), Neutronenzerfall ohne Neutrino, Myon zu Elektron und Photon, Eigene Reaktion
- Kollision Z-Boson zu Elektron und Positron, Z-Boson zu zwei Myonen, Higgs-Boson zu zwei Photonen, W-Boson zu Elektron und Neutrino
- Farbladung zeigen
- Abstand zweier Protonen 0,1–100000 fm
Fragen zum Erkunden
- Warum kann eine Kombination aus zwei Quarks nie als freies Teilchen existieren?
- Welcher Erhaltungssatz verbietet den Zerfall eines freien Protons in ein Positron und ein neutrales Pion?
- Warum zerfällt das Ω⁻-Baryon nur über die schwache Wechselwirkung?
