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Teilchen/Leptonen, starke WW und Standardmodell

Physik der Elementarteilchen, Teilchenbeschleuniger; insbs. eine einführende Artikelserie in das Thema
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seeker
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Teilchen/Leptonen, starke WW und Standardmodell

Beitrag von seeker » 30. Apr 2014, 11:26

Hallo!
Mir ist eine Frage in den Sinn gekommen:

Warum unterliegen eigentlich die Leptonen nicht der starken Wechselwirkung? (Gäbe es das, so könnten evtl. z.B. Elektronen mit Neutrinos Leptonenkerne bilden.)
Warum also tragen Leptonen keine Farbladung?
Bzw.: Wären auch (evtl. noch unbekannte) Leptonen denkbar, die eine Farbladung tragen - oder verbietet sich das schon aus dem Standardmodell heraus?
Hilft uns da das Standardmodell überhaupt weiter?
Ergibt sich das zwanglos aus den Grundlagen des Standardmodells - oder ist das Standardmodell nur so an die experimentellen Befunde gefittet, dass das so passt/ist?

Oder hängt die fehlende Farbladung der Leptonen womöglich auch damit zusammen, dass sie nur ganzzahlige elektrische Ladungen tragen (-1, 0, +1)?

Beste Grüße
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Re: Teilchen/Leptonen, starke WW und Standardmodell

Beitrag von Hawkwind » 30. Apr 2014, 13:24

Die Beobachtungen sind ausschlaggebend: man klassifiziert die beobachteten Fermionen in solche, die an der starken Wechselwirkung teilnehmen ("Hadronen") und solche, die das nicht tun ("Leptonen").
Wenn man nun eines Tages "Leptonen" beobachtet, die eine Farbladung tragen (stark wechselwirken), dann würde man diese Dinger eben nicht "Leptonen" nennen. :)

Die Frage, warum Leptonen nicht stark wechselwirken, kann die Physik m.E. nicht wirklich beantworten. Man beobachtet es und implementiert es entsprechend in der Theorie (Farbladung=0).

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Re: Teilchen/Leptonen, starke WW und Standardmodell

Beitrag von tomS » 30. Apr 2014, 13:55

genau; letztlich ist das ganze Standardmodell so konstruiert; die elementaren Bausteine, Symmetrien, WWs und Parameter sind anhand der Beobachtungen konstruiert

es gibt nur eine bemerkenswerte Eigenschaft des Standardmodells: aufgrund der chiralen Struktur der schwachen WW weist das Modell eine Eichanomalie für jede einzelne Fermion-Spezies auf; in Summe = über alle Fermionen heben sich aber alle Anomalien gerade auf (wie es sein muss); dazu müssen die Fermionen in den bekannten (drei) vollständigen Familien vorliegen und die Werte der verschiedenen Ladungen (elektrisch, schwach) sowie die Anzahl der Farben müssen bestimmte Bedingungen (ein lineares Gleichungssystem) erfüllen, so dass sich alle Terme exakt wegheben.

Wir wissen heute absolut nicht, warum das alles so exakt zusammenpasst!!
Gruß
Tom

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Re: Teilchen/Leptonen, starke WW und Standardmodell

Beitrag von seeker » 30. Apr 2014, 16:04

Aha! Danke, das beantwortet schon einmal einiges, u.a. auch noch einmal deutlich, dass das SM einfach nicht der Weisheit letzter Schluss sein kann, auch schon ganz ohne die Gravitation ins Feld zu führen.

Bleibt im Moment noch die eine Frage, die ich dann anders stelle:

Verbieten die Regeln des Standardmodells -so wie es heute ist- Hadronen mit ganzzahliger elektrischer Ladung?

Grüße
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Re: Teilchen/Leptonen, starke WW und Standardmodell

Beitrag von seeker » 30. Apr 2014, 16:09

Noch etwas:
tomS hat geschrieben:es gibt nur eine bemerkenswerte Eigenschaft des Standardmodells: aufgrund der chiralen Struktur der schwachen WW weist das Modell eine Eichanomalie für jede einzelne Fermion-Spezies auf; in Summe = über alle Fermionen heben sich aber alle Anomalien gerade auf (wie es sein muss); dazu müssen die Fermionen in den bekannten (drei) vollständigen Familien vorliegen und die Werte der verschiedenen Ladungen (elektrisch, schwach) sowie die Anzahl der Farben müssen bestimmte Bedingungen (ein lineares Gleichungssystem) erfüllen, so dass sich alle Terme exakt wegheben.
Was bedeutet das?
Weist das nicht evtl. darauf hin, dass das SM bezüglich der grundlegenden Teilchen vollständig ist (mal abgesehen von evtl. existierenden Supersymmetrieteilchen) - dass also keine weiteren Teilchen mehr zu erwarten sind, bzw. wenn doch, dass das dann eine ganz neue Familie sein müsste?

Grüße
seeker
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Re: Teilchen/Leptonen, starke WW und Standardmodell

Beitrag von Hawkwind » 30. Apr 2014, 16:54

seeker hat geschrieben: ...
Weist das nicht evtl. darauf hin, dass das SM bezüglich der grundlegenden Teilchen vollständig ist (mal abgesehen von evtl. existierenden Supersymmetrieteilchen) - dass also keine weiteren Teilchen mehr zu erwarten sind, bzw. wenn doch, dass das dann eine ganz neue Familie sein müsste?
So ist es: z.B. das SM mit 3 Generationen Quarks und 4 Generationen Leptonen würde Probleme machen.

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Re: Teilchen/Leptonen, starke WW und Standardmodell

Beitrag von tomS » 1. Mai 2014, 13:15

tomS hat geschrieben:es gibt nur eine bemerkenswerte Eigenschaft des Standardmodells: aufgrund der chiralen Struktur der schwachen WW weist das Modell eine Eichanomalie für jede einzelne Fermion-Spezies auf; in Summe = über alle Fermionen heben sich aber alle Anomalien gerade auf (wie es sein muss); dazu müssen die Fermionen in den bekannten (drei) vollständigen Familien vorliegen und die Werte der verschiedenen Ladungen (elektrisch, schwach) sowie die Anzahl der Farben müssen bestimmte Bedingungen (ein lineares Gleichungssystem) erfüllen, so dass sich alle Terme exakt wegheben.
Die Berechnungen sind eklig kompliziert, aber was zählt ist das Ergebnis:

http://isites.harvard.edu/fs/docs/icb.t ... malies.pdf - Kap. 5, Gl. 84 (zwingende Folge: Quantisierung der elektrischen Ladung)
http://www.maths.dur.ac.uk/~dma0saa/lecture_notes.pdf - Kap. 8.2, Gl. 129 ff
http://arxiv.org/pdf/0802.0634.pdf - Kap. 7.3

Das ganze Thema der Anomalien ist wohl eines der wichtigsten und interessantesten in der modernen Physik.
Gruß
Tom

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