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Flavour Dieser Artikel erläutert die Eigenschaft von Elementarteilchen Für weitere Bedeutungen siehe Flavor oder Flavor

Flavour

Flavour oder Flavor (engl. für Aroma oder Geschmack) ist eine der Quantenzahlen von Elementarteilchen (Quarks und Leptonen) im Zusammenhang mit der schwachen Wechselwirkung. In der Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung ist Flavour keine Erhaltungszahl, und es existieren flavourändernde Prozesse. In der Quantenchromodynamik dagegen ist es eine globale Symmetrie, und Flavour bleibt bei allen Prozessen, die nur der starken Wechselwirkung unterliegen, erhalten.

Die Flavour-Quantenzahlen der Quarks werden nach den jeweiligen Quarks als Isospin (für Up- und Down-Quarks), Charm, Strangeness, Topness (auch Truth) und Bottomness (auch Beauty) bezeichnet.

Die Bezeichnung flavour wurde erstmals 1968 im Zusammenhang mit dem Quark-Modell der Hadronen verwendet. Der Name soll von Murray Gell-Mann und Harald Fritzsch erfunden worden sein, als sie auf dem Weg zum Mittagessen an einer Eisdiele (Baskin-Robbins) vorbeigingen, welche 31 verschiedene Geschmackssorten anbot.

Quark-Flavours Bearbeiten

Es gibt insgesamt sechs verschiedene Quark-Flavours (je zwei pro Generation):

Name Sym-
bol		 Baryonen-
zahl 		Ladung
 Flavour-Quantenzahlen Hyper-
ladung
Up u +1/3 +2/3 +1/2 0 0 0 0 +1/3
Down d +1/3 −1/3 −1/2 0 0 0 0 +1/3
Charm c +1/3 +2/3 0 +1 0 0 0 +4/3
Strange s +1/3 −1/3 0 0 −1 0 0 −2/3
Top (auch Truth) t +1/3 +2/3 0 0 0 +1 0 +4/3
Bottom (auch Beauty) b +1/3 −1/3 0 0 0 0 −1 −2/3

Hier ist die Baryonenzahl, die elektrische Ladung (in Einheiten von e), oder auch die dritte Komponente des Isospins, die Strangeness, der Charm, die Bottomness (der Apostroph in dient zur Unterscheidung von der Baryonenzahl ), die Topness und die Hyperladung.

Dabei sind die Flavour-Quantenzahlen über die Anzahlen der jeweiligen Quarks definiert:

Die Vorzeichenkonvention ist dabei so gewählt, dass für Quarks vom Up-Typ (u, c, t) die jeweilige Flavour-Quantenzahl positiv ist, hingegen für Quarks vom Down-Typ (d, s, b) negativ. Für die Antiquarks ist das Vorzeichen immer gerade andersherum als für das jeweilige Quark, für alle anderen Elementarteilchen ist das jeweilige Flavour 0.

Hadronen erhalten ihren Flavour von den Valenzquarks, dies ist die Grundlage des Eightfold Way und des Quark-Modells.

Für Hadronen und Quarks gilt die Gell-Mann-Nishijima-Formel

Geschichte Bearbeiten

Gewöhnliche Materie, die aus Protonen und Neutronen besteht, wird durch den Isospin, bzw. die beiden Quark-Flavours Up (u) und Down (d) beschrieben. Seltsame Materie machte später die Einführung des s-Quarks und der ihm entsprechenden Quantenzahl Strangeness nötig. Entsprechend der Isospin-Symmetrie vermuteten 1964 James Bjorken und Sheldon Glashow, dass es als Partner zur Strangeness eine weitere Quantenzahl geben müsse, die sie Charm nannten. Das von ihnen postulierte Orthocharmonium (analog dem Orthopositronium) wurde 1974 beim BNL als J und beim SLAC unter dem Namen ψ entdeckt (J/ψ-Meson).

Lepton-Flavours Bearbeiten

Leptonen treten ebenfalls in sechs Flavours (je zwei pro Leptonenfamilie) auf:

Name Sym-
bol		 Baryonen-
zahl 		Ladung
 Flavour-Quantenzahlen
Elektron 0 −1 +1 0 0
Elektron-Neutrino 0 0 +1 0 0
Myon 0 −1 0 +1 0
Myon-Neutrino 0 0 0 +1 0
Tau 0 −1 0 0 +1
Tau-Neutrino 0 0 0 0 +1

ist hier die jeweilige Leptonenfamilienzahl für die Familien , und . Ihre Summe ergibt die Leptonenzahl .

Antiteilchen haben gegenüber den korrespondierenden Teilchen entgegengesetzte Quantenzahlen. So hat zum Beispiel das Positron (das Anti-Elektron) die Quantenzahlen und .

Generationen Bearbeiten

Wenn man (Quark-)Generationen und (Leptonen-)Familien als prinzipiell gleichwertig betrachtet, dann lassen sich auch die Leptonen in ungeladene (Neutrinos) und elektrisch geladene Leptonen einteilen. Zusammengefasst sind diese drei Familien oder Generationen mit je zwei Arten von Teilchen:

    Ladung   Drei Generationen
Quarks up-artig
down-artig
Leptonen Neutrinos
geladene Leptonen

Um chirale Anomalien zu verhindern, muss die Anzahl der Familien von Quarks und Leptonen übereinstimmen.

Ein Fermion des jeweiligen Flavours ist ein Eigenzustand des schwach wechselwirkenden Teils des Hamilton-Operators: Jedes Teilchen wechselwirkt in charakteristischer Weise mit den Vektorbosonen W± und Z0. Andererseits ist ein Fermion mit bestimmter Masse (d. h. ein Eigenzustand des kinematischen Teils des Hamilton-Operators) eine Überlagerung verschiedener Flavour-Zustände. Daraus folgt, dass sich der Flavour-Zustand eines Teilchens ändern kann, während es sich frei bewegt. Die Transformation von der Flavour-Basis zur Massen-Basis erfolgt bei Quarks durch die Cabibbo-Kobayashi-Maskawa-Matrix (CKM-Matrix). Für Leptonen existiert analog die Maki-Nakagawa-Sakata-Matrix (MNS-Matrix).

Ab drei Familien erlaubt die CKM-Matrix eine Verletzung der CP-Invarianz.

Erhaltungsgrößen Bearbeiten

Absolut erhalten bleiben z. B.:

Unter der starken Wechselwirkung bleiben alle Flavour-Quantenzahlen erhalten.

Siehe auch Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. B. J. Bjørken, S. L. Glashow: Elementary Particles and SU(4). In: Phys. Lett. Band 11, Nr. 3, 1964, S. 255–257, doi:10.1016/0031-9163(64)90433-0.
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Veröffentlichungsdatum:
Dieser Artikel erlautert die Eigenschaft von Elementarteilchen Fur weitere Bedeutungen siehe Flavor Flavour oder Flavor engl fur Aroma oder Geschmack ist eine der Quantenzahlen von Elementarteilchen Quarks und Leptonen im Zusammenhang mit der schwachen Wechselwirkung In der Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung ist Flavour keine Erhaltungszahl und es existieren flavourandernde Prozesse In der Quantenchromodynamik dagegen ist es eine globale Symmetrie und Flavour bleibt bei allen Prozessen die nur der starken Wechselwirkung unterliegen erhalten Die Flavour Quantenzahlen der Quarks werden nach den jeweiligen Quarks als Isospin fur Up und Down Quarks Charm Strangeness Topness auch Truth und Bottomness auch Beauty bezeichnet Die Bezeichnung flavour wurde erstmals 1968 im Zusammenhang mit dem Quark Modell der Hadronen verwendet Der Name soll von Murray Gell Mann und Harald Fritzsch erfunden worden sein als sie auf dem Weg zum Mittagessen an einer Eisdiele Baskin Robbins vorbeigingen welche 31 verschiedene Geschmackssorten anbot Inhaltsverzeichnis 1 Quark Flavours 1 1 Geschichte 2 Lepton Flavours 3 Generationen 4 Erhaltungsgrossen 5 Siehe auch 6 EinzelnachweiseQuark Flavours BearbeitenEs gibt insgesamt sechs verschiedene Quark Flavours je zwei pro Generation Name Sym bol Baryonen zahl B displaystyle B nbsp LadungQ displaystyle Q nbsp Flavour Quantenzahlen Hyper ladung Y displaystyle Y nbsp I 3 displaystyle I 3 nbsp C displaystyle C nbsp S displaystyle S nbsp T displaystyle T nbsp B displaystyle B nbsp Up u 1 3 2 3 1 2 0 0 0 0 1 3Down d 1 3 1 3 1 2 0 0 0 0 1 3Charm c 1 3 2 3 0 1 0 0 0 4 3Strange s 1 3 1 3 0 0 1 0 0 2 3Top auch Truth t 1 3 2 3 0 0 0 1 0 4 3Bottom auch Beauty b 1 3 1 3 0 0 0 0 1 2 3Hier ist B displaystyle B nbsp die Baryonenzahl Q displaystyle Q nbsp die elektrische Ladung in Einheiten von e I 3 displaystyle I 3 nbsp oder auch I z displaystyle I z nbsp die dritte Komponente des Isospins S displaystyle S nbsp die Strangeness C displaystyle C nbsp der Charm B displaystyle B nbsp die Bottomness der Apostroph in B displaystyle B nbsp dient zur Unterscheidung von der Baryonenzahl B displaystyle B nbsp T displaystyle T nbsp die Topness und Y displaystyle Y nbsp die Hyperladung Dabei sind die Flavour Quantenzahlen uber die Anzahlen der jeweiligen Quarks definiert I 3 n u n u n d n d 2 C n c n c S n s n s T n t n t B n b n b displaystyle begin array ccl I 3 amp amp big n u n bar u n d n bar d big 2 C amp amp n c n overline c S amp amp n overline s n s T amp amp n t n overline t B amp amp n overline b n b end array nbsp Die Vorzeichenkonvention ist dabei so gewahlt dass fur Quarks vom Up Typ u c t die jeweilige Flavour Quantenzahl positiv ist hingegen fur Quarks vom Down Typ d s b negativ Fur die Antiquarks ist das Vorzeichen immer gerade andersherum als fur das jeweilige Quark fur alle anderen Elementarteilchen ist das jeweilige Flavour 0 Hadronen erhalten ihren Flavour von den Valenzquarks dies ist die Grundlage des Eightfold Way und des Quark Modells Fur Hadronen und Quarks gilt die Gell Mann Nishijima Formel Q I 3 Y 2 m i t Y B S C B T displaystyle Q I 3 frac Y 2 mathrm mit Y B S C B T nbsp Geschichte Bearbeiten Gewohnliche Materie die aus Protonen und Neutronen besteht wird durch den Isospin bzw die beiden Quark Flavours Up u und Down d beschrieben Seltsame Materie machte spater die Einfuhrung des s Quarks und der ihm entsprechenden Quantenzahl Strangeness notig Entsprechend der Isospin Symmetrie vermuteten 1964 James Bjorken und Sheldon Glashow dass es als Partner zur Strangeness eine weitere Quantenzahl geben musse die sie Charm nannten 1 Das von ihnen postulierte Orthocharmonium analog dem Orthopositronium wurde 1974 beim BNL als J und beim SLAC unter dem Namen ps entdeckt J ps Meson Lepton Flavours BearbeitenLeptonen treten ebenfalls in sechs Flavours je zwei pro Leptonenfamilie auf Name Sym bol Baryonen zahl B displaystyle B nbsp LadungQ displaystyle Q nbsp Flavour QuantenzahlenL e displaystyle L e nbsp L m displaystyle L mu nbsp L t displaystyle L tau nbsp Elektron e displaystyle e nbsp 0 1 1 0 0Elektron Neutrino n e displaystyle nu mathrm e nbsp 0 0 1 0 0Myon m displaystyle mu nbsp 0 1 0 1 0Myon Neutrino n m displaystyle nu mu nbsp 0 0 0 1 0Tau t displaystyle tau nbsp 0 1 0 0 1Tau Neutrino n t displaystyle nu tau nbsp 0 0 0 0 1L f displaystyle L f nbsp ist hier die jeweilige Leptonenfamilienzahl fur die Familien f e displaystyle f e nbsp m displaystyle mu nbsp und t displaystyle tau nbsp Ihre Summe ergibt die Leptonenzahl L L e L m L t displaystyle L L mathrm e L mu L tau nbsp Antiteilchen haben gegenuber den korrespondierenden Teilchen entgegengesetzte Quantenzahlen So hat zum Beispiel das Positron das Anti Elektron die Quantenzahlen L e 1 displaystyle L mathrm e 1 nbsp und Q 1 displaystyle Q 1 nbsp Generationen BearbeitenWenn man Quark Generationen und Leptonen Familien als prinzipiell gleichwertig betrachtet dann lassen sich auch die Leptonen in ungeladene Neutrinos und elektrisch geladene Leptonen einteilen Zusammengefasst sind diese drei Familien oder Generationen mit je zwei Arten von Teilchen Ladung Q displaystyle Q nbsp Drei GenerationenQuarks B 1 3 displaystyle B 1 3 nbsp 2 3 1 3 displaystyle left begin array c frac 2 3 frac 1 3 end array right nbsp up artig down artig u d displaystyle left begin array c u d end array right nbsp c s displaystyle left begin array c c s end array right nbsp t b displaystyle left begin array c t b end array right nbsp Leptonen L 1 displaystyle L 1 nbsp 0 1 displaystyle left begin array c 0 1 end array right nbsp Neutrinos geladene Leptonen n e e displaystyle left begin array c nu e e end array right nbsp n m m displaystyle left begin array c nu mu mu end array right nbsp n t t displaystyle left begin array c nu tau tau end array right nbsp Um chirale Anomalien zu verhindern muss die Anzahl der Familien von Quarks und Leptonen ubereinstimmen Ein Fermion des jeweiligen Flavours ist ein Eigenzustand des schwach wechselwirkenden Teils des Hamilton Operators Jedes Teilchen wechselwirkt in charakteristischer Weise mit den Vektorbosonen W und Z0 Andererseits ist ein Fermion mit bestimmter Masse d h ein Eigenzustand des kinematischen Teils des Hamilton Operators eine Uberlagerung verschiedener Flavour Zustande Daraus folgt dass sich der Flavour Zustand eines Teilchens andern kann wahrend es sich frei bewegt Die Transformation von der Flavour Basis zur Massen Basis erfolgt bei Quarks durch die Cabibbo Kobayashi Maskawa Matrix CKM Matrix Fur Leptonen existiert analog die Maki Nakagawa Sakata Matrix MNS Matrix Ab drei Familien erlaubt die CKM Matrix eine Verletzung der CP Invarianz Erhaltungsgrossen BearbeitenAbsolut erhalten bleiben z B die elektrische Ladung Q displaystyle Q nbsp die Differenz von Baryonenzahl und Leptonenzahl B L displaystyle B L nbsp eine von der Schwachen Hyperladung verschiedene U 1 displaystyle U 1 nbsp Symmetrie Unter der starken Wechselwirkung bleiben alle Flavour Quantenzahlen erhalten Siehe auch BearbeitenStandardmodell der TeilchenphysikEinzelnachweise Bearbeiten B J Bjorken S L Glashow Elementary Particles and SU 4 In Phys Lett Band 11 Nr 3 1964 S 255 257 doi 10 1016 0031 9163 64 90433 0 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Flavour amp oldid 235901836