Beitrag der Masse der virtuellen Quarks zur Hadronenmasse

    • Beitrag der Masse der virtuellen Quarks zur Hadronenmasse

      Hallo,

      ich habe da mal eine Frage:
      Bei Wikipedia steht :
      Weniger als 5 % der Masse des Protons kommt von den Valenzquarks, der Rest stammt von der Bewegungs- und Bindungsenergie zwischen Quarks und den Gluonen, wobei letztere als Kraft-Austauschteilchen die starke Kraft zwischen den Quarks vermitteln[3
      (de.wikipedia.org/wiki/Proton)

      In der Sonderausagebe von Spektrum der Wissenschaft zum Higgs-Boson schreibt Daniel Lingenhöhl
      Das Higgs würde nur jenen Teil bereitstellen, den Physiker als Ruhemasse kennen.Das sind nur wenige Prozent des Gewichts eines Menschen.

      Zur Bindungsenergie sollte aber doch auch die Ruhemasse der (im Rahmen der QCD erzeugten) virtuellen Quarks gehören, oder nicht? Somit wäre dann der Higgs Mechanismus auch für einen Teil der Bindungsenergie verantwortlich.

      mfg
      Sascha
    • Lieber Sascha,

      Antwort kurz:
      Bei den virtuellen Quarks bestimmt der Higgs-Mechanismus nur, wie häufig welche Quarksorten virtuell entstehen. Er ist aber bei virtuellen Quarks nicht für deren Energie, und damit nicht für einen Teil der Masse des Protons verantwortlich.

      Antwort lang: (gerne nachfragen, wenn was unklar ist!):
      In der Tat kommen sogar nur ca 1% der Ruhemasse des Protons aus der Ruhemasse der3 Quarks (2 up, 1 down) aus denen es aufgebaut ist.
      Jedes dieser Quarks trägt – ähnlich wie Pig Pen bei Peanuts, nur viel schwerer – eine ganze "Staubwolke" von Gluonen mit sich herum. Das sind für jedes Quark ungefähr 340 MeV, obwohl es selber nur eine Ruhemasse von 2 MeV (up) oder 5 MeV (down) hat. Obwohl Gluonen keine Ruhemasse haben, bilden sie durch ihre Bewegung den Großteil der Masse der Nukleonen, da Bewegungsenergie nach Einstein auch zur (so genannten relativistischen) Masse beiträgt.
      Das ruhende Proton hat also deshalb soviel Masse, weil sich wie in einem brodelnden Topf darin eine Suppe von heißen Gluonen befindet, und die Wärmeenergie der Suppe macht die Masse.

      Da die Gluonen so heiß sind, können sie an und zu kleine "Bläschen" von zusätzlichen Quark-Antiquark Paaren machen, die - wie in einer kochenden Flüssigkeit - entstehen und schnell wieder verschwinden. Diese Quark-Antiquark Paare nennt man daher "virtuell", obwohl sie nachweisbar tatsächlich ganz kurz entstehen. Das Besondere an virtuellen Teilchen ist aber, dass sie normalerweise nicht mit derjenigen Kombination von Energie und Impuls entstehen, wie man es gemäß ihrer Ruhemasse erwarten würde. Ihre Kombination von Energie und Impuls ist stattdessen beliebig, und nur durch Erhaltungssätze eingeschränkt. Und dabei ist es wieder die Energie der virtuellen Quarks die über E=m*c² zur Masse des Protons beiträgt. Ihre Ruhmasse ist dabei (fast) ohne Einfluss. Sie bestimmt nur, wie einfach es ist, die Energie- und Impulserhaltungssätze zu erfüllen.

      Je schwerer die Ruhmasse eines Quarks ist, umso schwieriger geht das. Daher kommen im Proton so gut wie nie top-Quarks als virtuelle Quarks vor, b-Quarks selten, c-Quarks schon häufiger und u,d,s- Quarks sehr, sehr häufig. Ein Dresdner Doktorand hat gemessen, dass am LHC an ca. 1% der Kollisionen, bei denen Z-Teilchen entstehen, virtuelle b-Quarks beteiligt sind. Obwohl b-Quarks eine Ruhmasse von 4,2 GeV besitzen, wiegt das Proton auch dann nur 0,938 GeV.

      viele Grüße
      Michael

      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von MichaelKobel ()

    • Hallöchen,

      ich hätte noch eine Frage zum Higgs-Mechanismus, weil der
      hier angesprochen wurde.

      Die Teilchen sollen doch ihre Masse bekommen haben, weil sie
      mit dem Higgs-Feld wechselwirken.Würden
      es kein Higgs-Feld geben, so habe ich es verstanden, würden alle Teilchen mit
      Lichtgeschwindigkeit fliegen und hätten somit keine Ruhemasse.

      Woran liegt es, dass die Teilchen unterschiedliche
      Ruhemassen besitzen? Was hat verursacht, dass beispielsweise ein Myon schwerer
      als ein Elektron geworden ist? Beide besitzen z.B. die gleiche elektrische Ladung,
      den gleichen Spin und unterliegen den gleichen Wechselwirkungen.


      Viele Grüße,
      Julia
    • Hallo,

      auf der Suche nach bildhaften Antworten zur Nukleonenmasse fand ich diesen Beitrag und registrierte mich sogleich- Du schriebst von "Wolken" eines Quarks mit "ungefähr 340 MeV" -
      Jedes dieser Quarks trägt – ähnlich wie Pig Pen bei Peanuts, nur viel
      schwerer – eine ganze "Staubwolke" von Gluonen mit sich herum. Das sind
      für jedes Quark ungefähr 340 MeV, obwohl es selber nur eine Ruhemasse
      von 2 MeV (up) oder 5 MeV (down) hat.
      Das Einzelwesen Quark schien mir bisher ja eher unwahrscheinlich wie ein Einzelwesen Ameise - irgendwann las ich, da0 es tatsächlich Einzelameisen gibt und vor kurzem las ich in einem Nebensatz von einzelnen top- Quarks:

      scienceblogs.de/hier-wohnen-dr…/07/18/ein-haufen-quarks/
      (Naja, soweit ich weiß gibt es eine Ausnahme für top-Quarks, die
      zerfallen so schnell, dass sie auch isoliert auftreten können, ohne
      einen Partner, der die Farbneutralität herstellt.)
      diese Quarktasche meint es wieder anders mit der "Nebelwolke"

      youtube.com/watch?v=LraNu_78sCw

      vermutlich muß ich wieder alte Bilder im Kopf austauschen... :rolleyes: