Techniklexikon

Elektron-Nukleon-Streuung

Teilchenphysik^[n], eN-Streuung, Streuprozess, der sich hervorragend zur Erforschung der Struktur von Proton und Neutron eignet. Da das Elektron nicht an der starken Wechselwirkung teilnimmt, kann es mit genügend hoher Energie tief in die Kernbausteine eindringen und »sieht« z.B., wie die elektrische Ladung innerhalb des Protons verteilt ist. Man unterscheidet verschiedene Energiebereiche der Elektron-Nukleon-Streuung: Bei der elastischen Streuung wird ein Teil der kinetischen Energie auf den Kern übertragen. Wenn die Elektronenergie gross genug ist, Resonanzen der Nukleonen anzuregen, spricht man von quasielastischer Streuung. Inelastische Streuung tritt auf, wenn die Energie des Elektrons so gross ist, dass durch den Stoss mehrere zusätzliche Hadronen X erzeugt werden. Die inelastische Streuung kann zum einen in Form eines neutralen Stromes (g- oder Z⁰-Austausch) zustande kommen, bei der das Elektron erhalten bleibt, also eN  eX. Möglich ist aber auch der durch einen geladenen Strom (W^±-Austausch) vermittelte Prozess eN  nX. Im Experiment interessiert man sich für Energie und Streuwinkel des abgelenkten Elektrons bzw. Neutrinos. Diese Daten werden dann mit Modellen verglichen, die im Falle von eN  eX den Streuquerschnitt des Elektrons mit Hilfe zweier vom Impulsübertrag Q² = -q² und der dimensionslosen Grösse  abhängigen unbekannten Formfaktoren F₁(x,Q²) und F₂(x,Q²) parametrisieren, wobei M die Masse des Nukleons und n der Energieverlust des Elektrons ist (Altarelli-Parisi-Gleichungen). (Für den Prozess eN  nX benötigt man drei Formfaktoren.)

Streuexperimente am Linearbeschleuniger SLAC in Stanford/USA Ende der sechziger Jahre zeigten, dass die beste Übereinstimmung mit den experimentellen Daten durch das Parton-Modell erreicht wird, nach dem die inelastische Streuung im Proton an einzelnen Streuzentren stattfindet. Später identifizierte man die Partonen mit den Quarks.

Elektron-Nukleon-Streuung: Feynman-Graph der inelastischen Elektron-Nukleon-Streuung.