Techniklexikon

Elektron-Positron-Vernichtung

Teilchenphysik, e⁺e^--Annihilation, Elementarteilchenprozess, bei dem aus der Kollision eines Elektrons mit einem Positron ein virtuelles Photon oder Z⁰-Boson entsteht, das dann in ein Lepton-Paar (Abb. a), ein Quark-Antiquark-Paar (Abb. b, c) oder ein Paar geladener W-Bosonen zerfallen kann. Die experimentelle Untersuchung dieser Reaktion an Elektron-Positron-Speicherringen trug wesentlich zur Erforschung und Bestätigung des Standardmodells der Elementarteilchen bei.

In den sechziger Jahren studierte man das Spektrum der Vektormesonen, die in der Elektron-Positron-Vernichtung als Resonanzen bei der Erzeugung von Mesonenpaaren auftreten. Bei höheren Energien ausserhalb der Resonanzen koppelt das Photon direkt an die Quarks, bevor diese in Hadronen fragmentieren. Messungen des hadronischen Wirkungsquerschnittes

in diesem Energiebereich belegten die Existenz von drei Farbladungen der Quarks.

Seit Inbetriebnahme des e⁺e^--Speicherrings LEP am CERN stehen Schwerpunktsenergien von über 100 GeV, bei denen ein Z⁰-Boson aus der Elektron-Positron-Vernichtung hervorgeht, zur Verfügung. Damit konnten die Eigenschaften (Masse, Zerfallsbreite) des Z⁰-Bosons sowie zahlreiche Zerfallsmoden auf Präzisionsniveau untersucht werden. Ferner konnte aus der Zerfallsbreite des Z⁰-Bosons geschlossen werden, dass keine vierte Generation leichter Neutrinos existiert, also mit den drei bekannten Fermion-Generationen möglicherweise nunmehr alle elementaren Bausteine der Materie entdeckt sind.

Elektron-Positron-Vernichtung: Feynman-Graphen der e⁺e^--Annihilation mit a) einem Leptonpaar oder b), c) einem Quark-Antiquark-Paar im Endzustand.