Techniklexikon

Mesonen

Elementarteilchen mit ganzzahligem Spin (Bosonen), die auch der starken Wechselwirkung unterliegen und deshalb zu den Hadronen zählen. Alle bisher beobachteten Mesonen sind instabil und tragen die Baryonenzahl 0. Das Pi-Meson (Pion) als Träger der Kernkräfte wurde 1935 von Yukawa vorhergesagt und 1947 in der kosmischen Höhenstrahlung entdeckt. Seit der Entdeckung der Pionen und Kaonen (K-Mesonen) Ende der 40er bzw. Anfang der 50er Jahre wurden in der kosmischen Höhenstrahlung und in den Teilchenbeschleunigern immer mehr verschiedene Mesonen und Baryonen beobachtet (»Teilchenzoo«). Erst durch die SU(3)-Flavorsymmetrie (Flavorgruppe) und das statische Quarkmodell gelang es, ein System in die beobachteten Teilchenmultipletts zu bringen. Demnach stellen Mesonen einen farbneutralen (Flavor) Bindungszustand von Quark und Antiquark (Antiteilchen) dar, vermittelt durch die starke Wechselwirkung. Gemäss der Confinement-Hypothese lassen sich Quarks nicht als freie Teilchen beobachten. Die experimentell direkt zugänglichen physikalischen Zustände sind folglich die Mesonen und Baryonen. Theoretisch sind die Mesonen vollständig beschrieben durch das Quarkmodell und die Quantenchromodynamik (QCD). Da die Kopplungskonstante der starken Wechselwirkung jedoch auf der Skala typischer Mesonmassen nahe bei eins ist, sind QCD-Vorhersagen mit Hilfe der herkömmlichen Störungstheorie (Feynman-Diagramme) in diesem Niederenergie-Bereich mit sehr grossen Unsicherheiten behaftet. Neue Lösungswege zur theoretischen Berechnung mesonischer Zerfälle usw. aus der QCD-Lagrange-Dichte werden beschritten in Gittereichtheorien und der chiralen Störungstheorie. Intensiver experimenteller Forschungsgegenstand ist auch die Suche nach exotischen mesonartigen Bindungszuständen (Glueballs). (Tabelle der Mesonen: Elementarteilchen)