Up-Quark

Es ist die Schwache Kraft, die wirkt, so viel steht fest. Ansonsten ist das alles unheimlich seltsamer Kuddelmuddel....

Prinzipiell unterscheiden sich Up-Quarks und Down-Quarks durch ein Elektron und ein Neutrino. Lustig wird das Ganze, weil diese elementaren Teilchen ein seltsames Verhältnis zur Zeit haben. Ich versuche das mal zu erklären....

Alos: So in meiner laienhafen Naivität hätte ich gesagt, um aus einem Down-Quark ein Up-Quark zu machen, müsste man nur ein Neutrino in das Down-Quark reinstopfen und dafür ein Elektron herausnehmen. Das Elektron hat eine Ladung von -1, und damit erhöht sich die Ladung des Down-Quarks um +1, geht also von -1/3 auf +2/3. Das Neutrino dient im Wesentlichen dazu, den Energieerhaltungssatz glücklich zu machen.

Das funktioniert aber nicht. Wenn ein Down-Quark beschließt, zum Up-Quark zu werden, kann es ja nicht mal eben in der Vergangenheit anrufen, um quasi rückwirkend ein Neutrino zu bestellen.... Oder doch? Die Teilchen können nämlich tatsächlich rückwärts in der Zeit reisen. Als Außenstehender kann man das leider nicht so richtig beobachten, denn dazu müsste man selbst ja auch rückwärts in der Zeit reisen. Filmen wir das ganze, sehen wir stattdessen ein quasi »zeitlich umgestülptes« Neutrino vom Down-Quark (bzw. jetzt Up-Quark) wegrasen. Aus Sicht des Neutrinos ist das aber genau umgekehrt: Lässt man den Film rückwärts laufen, kann man schön sehen, wie das Neutrino und ein »zeitlich umgestülptes« Elektron in dem »zeitlich umgestülpten« Up-Quark einschlagen.... Naja, fast. Tatsächlich scheinen zuerst »zeitlich umgestülptes« Elektron und Neutrino miteinander zu kollidieren, um dann gemeinsam in Form eines W-Bosons in das Up-Quark einzuschlagen.

Jetzt funktioniert's: Das Down-Quark bestellt also ein Neutrino, und wird spontan erschlagen. Beobachten können wir anschließend das Anti-Neutrino im Rückwärtsgang, also wie es sich vom Up-Quark entfernt (und das Elektron natürlich).

Noch seltsamer ist ein Pion. Im Prinzip ist ein Pion nichts anderes als ein Up-Quark. Dieses Up-Quark kommt aus der Vergangenheit, prallt irgendwann gegen eine zeitliche Mauer, wird komplett reflektiert und rast anschließend wieder in die Vergangenheit zurück. Die Energie des Stoßes bewegt sich in Form zweier Photonen weiter in die Zukunft.

Schauen wir uns den Film dazu an, sehen wir ein Up-Quark und ein »zeitlich umgestülptes« Up-Quark aus der Vergangenheit kommen. Plötzlich zerstrahlen beide spontan und verschwinden. Übrig bleiben die beiden Photonen, die der Energie des Stoßes entsprechen.

Noch ein Hinweis: Ich bin kein Fachmann. Wer also z.B. für seine Prüfung lernen möchte, sollte besser seine entsprechenden Fachbücher lesen.

Wenn ich ein Down-Quark-Modell aus Lego-Bausteinen bauen würde (wenn dies denn überhaupt gehen würde, Elementarteilchen entsprechen ja nicht der Summe aller Teilchen, die man hineinstopft, sondern es bleiben Elementarteilchen)... Ok, jetzt habe ich ein Modell, da Links befindet sich das W-Boson....

So, jetzt schalte ich die Filmkamera ein und entferne das (W-)-Boson... Hoppla, jetzt ist es auseinandergefallen, und es liegen ein Elektron und ein Antineutrino auf dem Boden. Das nennt man wahlweise (ß-)-Zerfall, oder auch ausgeleierte Lego-Bausteine. Mein Modell entspricht jetzt übrigens einem Up-Quark.

So, der Witz ist der, bei meinem Modell könnte ich den Film rückwärts anschauen, und am Ende hätte ich mein Down-Quark wieder.

Und was sagt mein Lehrbuch dazu?

p -> n + e+ + ve

Mit anderen Worten, das ist so überhaupt nicht das, was man unter »Film rückwärtslaufenlassen« verstehen würde. Nein, das sieht eher so aus, als würde die Zeit selbst umgestülpt, und mit ihr die Eigenschaften der Teilchen.

Auf das Modell bezogen, entferne ich aus meinem Up-Quark ein (W+)-Boson, welches (meine Lego-Bauteile sind wirklich ausgeleiert...) in ein Positron und ein Neutrino zerfällt. Und obwohl das Quark immer nur zerfallen ist, habe ich mein ursprüngliches Down-Quark wieder.

Mit einer rückwärtslaufenden Zeit lässt sich das ganz einfach erklären. Dass dies von mir hier jetzt nicht weit hergeholt ist, sieht man schon daran, dass die Pfeile für Antiteilchen in Feynman-Diagrammen auch rückwärts eingezeichnet werden, d.h. in Feynman-Diagrammen sieht es tatsächlich so aus, als würde man den Zerfall rückgängig machen. Erst entfernt man ein Elektron (Pfeil zeigt raus) später entfernt man ein Positron (Pfeil zeigt rein).