Techniklexikon

Farbladung

Teilchenphysik, Farbe, Color, ladungsartige Quantenzahl, die die drei Werte rot (r), grün (g) und blau (b) annehmen kann und den Quarks zugeordnet wird; diese treten für jede Flavor (u, d,...) somit als Farbtriplett

auf. Die starke Wechselwirkung, die durch die Quantenchromodynamik (QCD) beschrieben wird, koppelt an die Farbladungen. In Prozessen der starken Wechselwirkung kann sich also die Farbe eines Quarks, aber nicht seine Flavor-Quantenzahl ändern. Die Eichbosonen der starken Wechselwirkung, die Gluonen, tragen selbst auch Farbe und wechselwirken daher untereinander. Eine spezielle Eigenschaft der QCD sorgt dafür, dass die aus Quarks zusammengesetzten Hadronen stets Farbsinguletts sind, also farbneutral (»weiss«) erscheinen. Die aus drei Quarks bestehenden Baryonen treten dabei immer als Superposition verschiedener Farbkombinationen auf, die insgesamt eine total antisymmetrische Konfiguration bilden. Diese Erkenntnis löste das sog. D⁺⁺-Rätsel des alten Quarkmodells ohne Farbe: Wie soll das aus drei u-Quarks im selben Spinzustand aufgebaute D⁺⁺-Teilchen mit symmetrischer Quarkwellenfunkton dem Pauli-Prinzip, das solche Zustände identischer Fermionen verbietet, gehorchen? Mit den von M. Gell-Mann postuliertendrei Farbladungen kann ein solcher Zustand konstruiert werden, der bezüglich der Farbindizes antisymmetrisch ist:

Das Quark-Antiquark-Paar eines Mesons bildet ebenfalls eine Superposition aller Farben (jeweils als Farbe-Antifarbe-Paar). Es existieren auch direkte experimentelle Hinweise auf die Existenz von Farbladungen: zum einen ergibt die Berechnung der Pionzerfallsbreite G(p  gg) = 7,87(N_c / 3)² eV, was für drei Farbladungen (N_c = 3) gut mit dem experimentellen Wert G = 7,95 ± 0,05 eV übereinstimmt. Zum anderen kann das gemessene Verhältnis

der Wirkungsquerschnitte von Hadron- und Myonproduktion in der e⁺e^--Vernichtung, das oberhalb der Bottom-Schwelle den Wert 4 / 3 annimmt, nur mit der Existenz dreier Farbladungen gedeutet werden. [UK]