Flavour
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Flavour oder Flavor (engl. für Geschmack) ist eine der Quantenzahlen von Elementarteilchen (Quarks und Leptonen) im Zusammenhang mit der schwachen Wechselwirkung. In der Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung ist diese Symmetrie jedoch gebrochen und es existieren flavourändernde Prozesse. In der Quantenchromodynamik dagegen ist es eine globale Symmetrie.
Die Bezeichnung flavour wurde erstmals 1968 im Zusammenhang mit dem Quark-Modell der Hadronen verwendet. Der Name soll von Murray Gell-Mann und Harald Fritzsch erfunden worden sein, als sie auf dem Weg zum Mittagessen an einer Eisdiele (Baskin-Robbins) vorbeigingen, welche 31 verschieden Geschmackssorten anbot.
[Bearbeiten] schwache Wechselwirkung
Es gibt insgesamt 6 verschiedene Quark-Flavours:
- up u (B=1/3, Q=2/3, I3=1/2, Y=1/3, YW=1/3)
- down d (B=1/3, Q=−1/3, I3=−1/2, Y=1/3, YW=1/3)
- strange s (B=1/3, Q=−1/3, I3=0, S=−1, Y=−2/3, YW=1/3)
- charm c (B=1/3, Q=2/3, I3=0, C=1, YW=1/3)
- bottom (auch beauty genannt) b (B=1/3, Q=−1/3, B'=−1, YW=1/3)
- top (manchmal auch truth genannt) t (B=1/3, Q=2/3, T=1, YW=1/3)
Hier ist B die Baryonenzahl, Q die elektrische Ladung, I3 die Isospin-3-Komponente, Y die Hyperladung, S die Strangeness, C der Charm, B' die Bottomness, T die Topness und YW die schwache Hyperladung.
Hadronen erhalten ihren Flavour von den Valenzquarks: Dies ist die Grundlage des Eightfold Way und des Quark-Modells. Für Hadronen und Quarks gelten folgende Beziehungen:
Y = B + S + C + B' + T
Q = Iz + Y / 2
Leptonen treten ebenfalls in 6 Flavours auf:
- Elektron e (Le=1, Q=−1, YW=−1)
- Elektron-Neutrino νe (Le=1, Q=0, YW=−1)
- Myon μ (Lμ=1, Q=−1, YW=−1)
- Myon-Neutrino νμ (Lμ=1, Q=0, YW=−1)
- Tau τ (Lτ=1, Q=−1, YW=−1)
- Tau-Neutrino ντ (Lτ=1, Q=0, YW=−1)
Lf ist hier die Leptonenfamilienzahl.
Antiteilchen haben gegenüber den korrespondierenden Teilchen entgegengesetzte Quantenzahlen. So hat zum Beispiel das Positron (das Anti-Elektron) die Quantenzahlen L=−1 und Q=1.
Die 6 Quarks und 6 Leptonen sind jeweils in 3 Familien oder Generationen eingeteilt:
Die Anzahl der Familien von Quarks und Leptonen muss übereinstimmen um chirale Anomalitäten zu verhindern.
Ein Fermion des jeweiligen Flavours ist ein Eigenzustand des schwach wechselwirkenden Teils des Hamilton-Operators: Jedes Teilchen wechselwirkt in charakteristischer Weise mit den Vektorbosonen W± und Z0. Andererseits ist ein Fermion mit bestimmter Masse (also ein Eigenzustand des kinematischen Teils des Hamilton-Operators) eine Überlagerung der verschiedenen Flavour-Zustände. Daraus folgt, dass sich der Flavour-Zustand eines Teilches ändern kann, während es sich frei bewegt. Die Transformation von der Flavour-Basis zur Massen-Basis erfolgt bei Quarks durch die Cabibbo-Kobayashi-Maskawa-Matrix (CKM-Matrix). Für Leptonen existiert analog die Maki-Nakagawa-Sakata-Matrix (MNS-Matrix).
Bei mindestens 3 Familien erlaubt die CKM-Matrix eine Verletzung der CP-Invarianz.
[Bearbeiten] Erhaltungsgrößen
Absolut erhalten bleiben:
- elektrische Ladung: Q
- Differenz von Baryonenzahl und Leptonenzahl: B − L
In der starken Wechselwirkung bleiben alle Flavour-Quantenzahlen erhalten.
Neuere Theorien (Vereingungstheorien von starker und schwacher Wechselwirkung) sagen eine Nichterhaltung der Baryonenzahl bzw. der Leptonenzahl allein voraus.
